激光直接加热自背光法辐射不透明度测量方法探索

本文提出一种基于单束激光直接加热多层平面靶开展 稠密等离子体辐射不透明度特性研究的靶物理设计并对其进行了实验验证. 在XG-II激光装置上, 采用三倍频束匀滑激光辐照Au/CH/Al/CH多层平面靶产生背光源和Al样品等离子体, 通过观测背光源经样品等离子体衰减后的透过谱得到样品等离子体的辐射吸收性质. 采用Multi-1D程序对激光加热多层靶进行了辐射流体力学数值模拟, 给出了样品等离子体状态及其时间演化过程. 利用细致谱项模型 (DTA) 对实验测量的Al等离子体吸收谱进行理论分析, 表明等离子体温度在20–70 eV之间, 该结果与辐射流体力学模拟结果基本一致. 关键词： 吸收光谱 自背光 激光等离子体     

辐射加热Al等离子体的吸收谱实验

报道了辐射加热Al样品的K壳层辐射吸收谱实验. 在神光Ⅱ激光装置上,将8路主激光注入锥柱型金腔产生高温辐射源,利用该辐射源加热腔内的Al薄膜样品,产生温度达到几十电子伏的热稠密等离子体. 相对主激光延迟一定时间后,利用第9路激光短脉冲聚焦打靶加热金盘,产生短脉冲X光点光源. 通过测量075—085nm波长范围内未经样品衰减以及经过样品衰减后的背光源辐射光谱,得到了Al样品的K壳层吸收谱. 利用细致谱线计算的吸收谱对实验光谱进行拟合,确定了Al样品等离子体的电子温度. 关键词： Al等离子体 吸收谱 不透明度     

辐射加热Al等离子体的吸收谱实验

报道了辐射加热Al样品的K壳层辐射吸收谱实验. 在神光Ⅱ激光装置上，将8路主激光注入锥柱型金腔产生高温辐射源，利用该辐射源加热腔内的Al薄膜样品，产生温度达到几十电子伏的热稠密等离子体. 相对主激光延迟一定时间后，利用第9路激光短脉冲聚焦打靶加热金盘，产生短脉冲X光点光源. 通过测量075—085nm波长范围内未经样品衰减以及经过样品衰减后的背光源辐射光谱，得到了Al样品的K壳层吸收谱. 利用细致谱线计算的吸收谱对实验光谱进行拟合，确定了Al样品等离子体的电子温度.     

辐射加热铝Ka吸收谱测量

 铝K_a吸收谱是诊断辐射加热等离子体温度的重要方法之一。在星光Ⅱ激光装置上，利用激光金膜相互作用产生的X光辐射加热其背侧的铝夹层样品，采用天津Ⅲ号胶片记录的PET晶体谱仪测量了不同激光和样品参数条件下的铝Ka吸收谱。实验观察到非常清晰的类氦到类氟铝离子Ka吸收谱线，采用细致组态模型开展了铝Ka吸收谱的模拟计算，模拟计算结果与实验结果符合得较好，研究结果可应用于辐射不透明度样品温度诊断。     

稠密Ar等离子体不透明度的计算

用屏蔽氢离子模型计算了冲击压缩产生的温度T～1.8 eV,密度ρ～0.0044 g/cm3稠密氩等离子体随光子能量变化的辐射不透明度,并与实验作了比较,探讨了冲击压缩产生的稠密等离子体中自由-自由吸收、束缚-自由吸收和束缚-束缚吸收对不透明度的贡献.计算结果表明,对冲击压缩产生的稠密等离子体,自由-自由吸收对不透明度的贡献非常大,特别当光子能量较低时(hv～2.0 eV )自由-自由吸收为不透明的主要部分,因此较好地计算自由-自由吸收项对冲击压缩产生的稠密等离子体不透明度的研究是非常重要的.     

吸积盘的X射线辐射对周围星际物质的离化研究

利用辐射流体力学程序对三倍频纳秒激光与靶物质相互作用进行了模拟研究，得到了可以产生黑体辐射谱分布的激光等离子体X射线辐射靶的最佳厚度；数值模拟研究了黑体谱分布的X射线辐射场对等离子体系统平均离化度分布的影响，它有助于深入理解天体物理中吸积盘对它周围星际物质的离化影响. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线辐射 吸积盘 离化     

La0.8Sr0.2Co1-xFexO3材料局域结构的研究

采用溶胶-凝胶法制备了La0.8Sr0.2Co1-xFexO3样品,并测量了各样品的X射线衍射谱（XRD）和X射线吸收精细结构（XAFS）谱。XRD分析研究发现Fe的掺杂引起了La0.8Sr0.2CoO3材料相分离;在前期对X射线吸收精细结构谱近边分析的基础上,进一步分析扩展边X射线吸收精细结构谱,表明在La0.8Sr...     

Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜的结构及其磁性研究

利用X射线吸收精细结构、X射线衍射和磁性测量等技术研究脉冲激光气相沉积法制备的Zn1-zCoxO(x=0.01,0.02)稀磁半导体薄膜的结构和磁性.磁性测量结果表明Zn1-xCoxO样品都具有室温铁磁性.X射线衍射结果显示其薄膜样品具有结晶良好的纤锌矿结构.荧光X射线吸收精细结构测试结果表明,脉冲激光气相沉积法制备的样品中的Co离子全部进入ZnO晶格中替代了部分Zn的格点位置,生成单一相的Zn1-xCoxO稀磁半导体.通过对X射线吸收近边结构谱的分析,确定Zn1-xCoxO薄膜中存在O空位,表明Co离子与O空位的相互作用是诱导Zn1-xCoxO产生室温铁磁性的主要原因.     

激光加热金双盘靶辐射与再辐射实验研究

在“星光Ⅱ”装置上,采用新型双盘靶研究X射线谱在次级得到改造的特性,并测量出初、次级等离子体碰撞的速度.这种双盘靶一定程度上避免了初级等离子体喷射的影响,可以提高烧蚀次级X射线的干净性.采用两台软X射线谱仪分别对初级和次级辐射的X射线进行测量,采用X射线条纹相机测量双盘靶等离子体喷射的时空扫描图象,并对实验结果进行简单的物理分析 关键词： 双盘靶 X射线再辐射 等离子体碰撞     

Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜的结构及其磁性研究

利用X射线吸收精细结构、X射线衍射和磁性测量等技术研究脉冲激光气相沉积法制备的Zn_1-xCo_xO (x＝0.01,0.02)稀磁半导体薄膜的结构和磁性.磁性测量结果表明Zn₁-xCo_xO样品都具有室温铁磁性.X射线衍射结果显示其薄膜样品具有结晶良好的纤锌矿结构.荧光X射线吸收精细结构测试结果表明,脉冲激光气相沉积法制备的样品中的Co离子全部进入ZnO晶格中替代了部分Zn的格点位置,生成单一相的Zn_1-xCo_xO 稀磁半导体.通过对X射线吸收近边结构谱的分析,确定Zn_1-xCo_xO薄膜中存在O空位,表明Co离子与O空位的相互作用是诱导Zn_1-xCo_xO产生室温铁磁性的主要原因. 关键词： 1-xCo_xO稀磁半导体')" href="#">Zn_1-xCo_xO稀磁半导体 X射线吸收精细结构谱 脉冲激光气相沉积法     

针孔点背光技术实验

在“星光Ⅱ”装置上进行针孔点背光技术的演示实验.利用激光辐照φ50μm的小孔产生的堵孔效应使X光的脉宽缩短,起到类似于短脉冲点背光源的作用.另外利用成像方法,实验演示了由面背光方式获得点背光技术,称之为点针孔背光技术.实验结果表明：结合堵孔效应和点背光方式,能获得与点背光同样的结果,这样可以避开点背光对激光器较为苛刻的要求.     

神光-Ⅱ激光装置上的针孔点背光成像技术实验研究

 在神光-Ⅱ激光器上开展了针孔点背光成像技术实验研究,利用第9路激光驱动平面钛靶获得4.75 keV的准单能光源,在10 μm的针孔约束下形成次级点光源对镍网格等样品成像。实验获取了清晰的网格图像,空间分辨力达到7 μm,并对烧蚀碎片、杂散光等该技术的关键性问题进行了系统深入的研究分析。实验结果表明：针孔点背光具有高空间分辨力、大视场等特点,优于传统背光技术。     

具有速度谱分辨能力的角色散FP干涉测量技术

 发展了可用于速度谱诊断的角色散Fabry-Perot干涉测量技术,使不同频移探测激光形成的干涉条纹在空间分离,从而可对单一或混合运动源引起的多普勒频移成分进行检测,并给出物体速度谱分布。利用Fabry-Perot干涉测量技术,开展了激光驱动铝箔飞片实验。随着驱动激光能量的变化,观察到了铝箔飞片的不同速度谱分布,包括没有速度空间分散的速度谱、分裂成几片并以不同速度飞行的离散速度谱、碎片云或射流状态下的连续速度谱分布,此外还观测到了冲击下铝箔/玻璃界面分离引起的条纹分裂现象。     

激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中的应用探索

利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载,另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相,结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片,标准丝阵检验表明分辨率优于40 m。铝靶微层裂产物照片清晰显示,靶破碎存在不同分区, 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。     

X射线点投影技术在高能量密度物理相关实验中的应用

利用激光驱动4.8 keV左右的Ti等离子体X射线源作为背光,通过静态成像实验研究了针孔辅助点投影诊断方法及其特点。进行了点投影技术动态诊断应用探索,建立了光子能量约4.8 keV、时间分辨力约100 ps、空间分辨约10μm的动态诊断实验平台。并简要介绍了此诊断平台上开展的流体力学不稳定性研究、激光加速射流、材料预压缩特性研究等一系列实验结果。     

Picosecond time-resolved X-ray absorption spectroscopy of ultrafast aluminum plasmas

We have used point-projection K-shell absorption spectroscopy to infer the ionization and recombination dynamics of transient aluminum plasmas. Two femtosecond beams of the 100 TW laser at the LULI facility were used to produce an aluminum plasma on a thin aluminum foil (83 or 50 nm), and a picosecond x-ray backlighter source. The short-pulse backlighter probed the aluminum plasma at different times by adjusting the delay between the two femtosecond driving beams. Absorption x-ray spectra at early times are characteristic of a dense and rather homogeneous plasma. Collisional-radiative atomic physics coupled with hydrodynamic simulations reproduce fairly well the measured average ionization as a function of time.     

End-on x-ray backlighting experiments for axial diagnostics of wire-array Z-pinch plasma on PPG-1

An X-pinch axial backlighting system has been designed to quantitatively measure the density distribution of wirearray Z-pinch plasmas. End-on backlighting experiments were carried out on a 200 kA, 100 ns pulsed-power generator(PPG-1) at the Tsinghua University. Compared with side-on backlighting, end-on measurements provide an axial view of the evolution of Z-pinch plasmas. Early stages of 2-, 4-, and 8-wire Z-pinch plasmas were observed via point-projection backlighting radiography with a relatively high success rate. The density distribution of Z-pinch plasma on the r–θ plane was obtained directly from the images with the help of step wedges, and the inward radial velocity was calculated. The ablation rates obtained by X-pinch backlighting experiments are compared in detail with those calculated by the rocket model and the results show consistency.     

New probing techniques of radiative shocks

Radiative shock waves propagating in xenon at a low pressure have been produced using 60 joules of iodine laser (λ = 1.315 μm) at PALS center. The shocks have been probed by XUV imaging using a Zn X-raylaser (λ = 21 nm) generated with a 20-ns delay after the shock creating pulse. Auxiliary high-speed silicon diodes allowed performing space- and time-resolved measurement of plasma self-emission in the visible and XUV. The results show the generation of a shock wave propagating at 60 km/s preceded by a radiative precursor. This demonstrates the feasibility of radiative shock generation using high power infrared lasers and the use of XRL backlighting as a suitable diagnostic for shock imaging.     

铝合金焊前激光清洗的等离子体光谱在线检测

铝合金焊接技术在工业生产、制造和维修等领域有广泛的应用,焊缝内存在气孔导致焊接质量降低是铝合金焊接技术的常见问题。由于铝合金表面金属氧化物是导致气孔生成的主要来源,对激光清洗过程进行在线检测,不但可以实时分析表面氧化物的清洗状态,而且可以避免基体表面因为过度清洗造成损伤或二次氧化。提出采用激光诱导等离子体光谱(LIBS)在线检测铝合金焊前激光清洗过程,表征清洗后铝合金基体的表面状态。LIBS技术可以对多元素成分同时检测,拥有较低的检出限和较高的准确性。搭建基于Andor Mechelle 5000光谱仪的铝合金焊前激光清洗在线检测系统,剔除空气环境对实验结果的影响,测试6061铝合金表面氧化物和铝合金基体的LIBS光谱,分析两者独特的元素特征谱线,采用X射线能谱(EDS)测试结果验证元素特征谱线的准确性,并探讨激光清洗过程LIBS技术在线检测的可行性。实验测试等离子体光谱谱线强度与激光能量密度之间的关系,获得单次脉冲激光去除铝合金表面氧化物的损伤阈值,结合X射线能谱的检测结果研究激光损伤阈值的成因及影响。研究激光清洗过程等离子体光谱特征谱线与脉冲次数之间的关系,提出基于O/Al特征谱线强度比值作为在线检测清洗效果及二次氧化损伤的评判依据。为验证该评判依据的准确性,将O/Al特征谱线强度比值随清洗次数的变化趋势与X射线能谱测试获得的氧元素原子百分比变化趋势进行对比。实验结果表明:采用200~700 nm范围内激光诱导等离子体谱线特征分析激光清洗状态,可以剔除空气环境的影响;氧元素和铝元素特征谱线准确反映出表面氧化膜与铝合金基体的成分差异;X射线能谱检测元素成分和含量表明氧元素含量随着激光清洗能量密度先减后增,单次清洗铝合金的二次氧化损伤的激光能量阈值为11.46 J·cm-2,小于损伤阈值的激光能量密度对铝合金基体的多次清洗未造成损伤,等离子体光谱特征谱线强度与表面清洗状态相关, 656.5 nm(OⅡ)/396.2 nm(AlⅠ)谱线强度比值≤1.5%为激光清洗干净的依据。研究结果有利于铝合金的激光清洗实时控制技术和焊接装置集成化。     

平面晶体谱仪弯曲谱线波长定标方法

为了满足激光等离子体X射线光谱测量的需要,提出了一种利用平面晶体谱仪记录得到的弯曲谱线来进行波长标定的新方法。传统的参考谱线法需要已知两条以上谱线的确切波长才能进行波长标定,而利用弯曲谱线可以在不知道任何谱线信息的情况下进行波长标定。通过对实验中所获得的铝等离子体Heα自发射谱线弯曲图像的分析,得到在目前所使用的谱仪条件下,该方法的波长定标精度可以达到2×10-4 nm。