基于多毛细管X光透镜的数值模拟

为了优化多毛细管X光透镜的设计,利用旋转坐标系的方法建立子管方程,根据光线追迹原理建立了X射线在导管中传输的模型,直接求解一元四次方程得到X射线每次反射时与管壁的交点,从而追踪单根X射线的运动轨迹,并由大量X射线的总的运动规律得到X射线在单根导管中的传输规律,再由单根导管拓展到整个透镜。在此基础上编写程序,实现了对X光透镜的传输效率和光斑的模拟计算。为了验证模拟的准确性,对两个平行束透镜分别进行了实验测试和模拟。在8.05 ke V下,所测的传输效率为13.0%,模拟计算结果为14.2%。在对光斑的模拟中,模拟所得的光斑也与实验结果相符合。结果表明,模型的建立是合理的,在类似透镜的设计制造中有着潜在应用。     

用于ICF内爆诊断的质子成像磁透镜理论设计

根据加速器束流输运线设计的比例定律,设计了适用于ICF内爆DD反应产生的3.6 MeV准单能质子束成像的磁透镜系统。通过公式推导以及束流动力学追踪模拟,获得了类似于几何光学成像中的物像关系,并使用三维粒子追踪模拟验证了磁透镜成像的物像关系。物像关系的满足,使得可以对磁透镜系统进行封装,然后根据物像关系, 选择不同的物距以及相应的相距, 就可以对物体成不同大小的像。     

神光系列激光装置内爆烧蚀压缩过程测量

间接驱动惯性约束聚变研究中,获得高内爆速度是实现点火,提升聚变增益的关键。通过对内爆烧蚀压缩过程的测量,能够获得内爆速度和剩余质量等内爆动力学重要的物理量,实现烧蚀层材料、厚度以及激光波形等参数的优化。近几年在神光系列装置上,演示了常规的应用狭缝成像的内爆烧蚀压缩过程测量技术,发展了基于球面弯晶成像的高分辨单能内爆烧蚀压缩过程测量技术。通过对球面弯晶成像系统设计的持续改进以及内爆烧蚀压缩过程测量技术的优化,结合实验室和系统原位标定结果,建立了高分辨的内爆压缩流线诊断技术,采用替代靶方式,实现内了爆速度不确定度2.1%的测量精度。     

示踪材料在内爆X光诊断过程中的作用

 激光聚变内爆实验中,在燃料中掺杂少量比例的中高Z材料,用X光光谱和X光成像测量掺杂元素的发射信息,诊断燃料的温度、密度和压缩形状。用辐射流体力学数值计算和X光成像后处理程序综合分析方法,给出了内爆靶丸优化设计,并讨论示踪材料在X光诊断中的作用。结果表明:在靶丸燃料D2中掺原子分数约1.0％的氩,内爆压缩中子产额下降约15％。由于氩线发射使整个燃料区X光发射强度提高约50倍,X光成像区域增大约30％,有利于实验诊断测量燃料芯部。为了测量燃料区的边界,在CH内壳层涂厚度0.05 μm的硫,分析表明硫Ly-α单能成像大小与流体力学计算的燃料区大小一致,可用于诊断燃料最终压缩界面。数值分析结果得到了神光Ⅱ间接驱动内爆物理相关实验的验证。     

内爆腔X光发射机制研究

介绍了首次利用三台亚千X光能谱仪和一台针孔相机研究腔靶内爆区X光发射机制,实验结果表明内爆区X光发射主要是壁X光面发射。     

数值模拟辐射驱动2维内爆压缩过程

采用2维三温非平衡辐射流体力学程序LARED-H数值模拟辐射驱动内爆过程。针对2维三温能量方程九点差分格式离散后的线性方程组,采用了高效的Krysolv子空间迭代解法,改进了代数解法器。将1维间接驱动内爆总体程序CFJ与LARED-H程序的计算结果进行比对,验证了LARED-H程序数值模拟1维内爆问题的正确性。并数值模拟了不同腔长辐射温度源驱动下的2维靶球运动,数值结果显示：随着腔长的增加,高压缩内爆燃料区分别被压缩成香肠形、球形和铁饼形,数值模拟结果与神光Ⅱ的实验结果定性上相同。     

点火靶高熵内爆的数值模拟

使用一维多群输运程序RDMG与二维少群扩散程序LARED-S对点火靶高脚与低脚内爆进行数值模拟.相对于低熵内爆,高脚高熵内爆通过提高预脉冲的辐射温度使得烧蚀面与物质界面的流体稳定性得到明显的改善,能够抑制流体不稳定的增长与热斑混合的发展.同时,高熵设计导致燃料的压缩变差,阻滞时刻燃料的压缩密度与面密度相应降低,中子产额降低.因此,高脚高熵内爆是通过牺牲燃料的高压缩,来换取靶丸内爆流体稳定性能的改善.     

X光照相技术应用于果冻内爆实验的研究

果冻内爆实验是一种研究柱形汇聚条件下Rayleigh-Taylor不稳定性的实验方法,由于高速摄影图像不能分辨反弹阶段果冻内界面的扰动,因此采用中低能X光照相CCD相机接收技术开展果冻与气体混合区域的实验研究,获得了果冻环在不同时刻压缩、反弹的发展状况及其内外边界,并观测到果冻质量分数降低时果冻与气体混合界面的变化。实验结果表明:X光照相可作为测量湍流混合区域的半定量测试技术,有助于研究果冻内爆中的气液界面Rayleigh-Taylor不稳定性现象。     

X光照相技术应用于果冻内爆实验的研究

果冻内爆实验是一种研究柱形汇聚条件下Rayleigh-Taylor不稳定性的实验方法,由于高速摄影图像不能分辨反弹阶段果冻内界面的扰动,因此采用中低能X光照相CCD相机接收技术开展果冻与气体混合区域的实验研究,获得了果冻环在不同时刻压缩、反弹的发展状况及其内外边界,并观测到果冻质量分数降低时果冻与气体混合界面的变化。实验结果表明：X光照相可作为测量湍流混合区域的半定量测试技术,有助于研究果冻内爆中的气液界面Rayleigh-Taylor不稳定性现象。     

非单色X光傅里叶变换鬼成像模拟

X光傅里叶变换鬼成像(FGI)有望实现台式纳米级显微系统,但其光源为小型化实验室X光源,单色性较差,难以直接获取高质量的样品衍射谱。针对这一问题,进行了非单色光FGI理论推导和数值模拟分析,阐明了非单色光源对衍射谱失真的影响机制,并在此基础上提出了衍射谱校正方法。基于不同波长对应的衍射谱之间的尺度变换关系,可以建立样品衍射谱与非单色光强度关联函数之间的矩阵方程,从而解算出样品衍射谱。     

ICF中子针孔成像数值模拟研究

 在激光驱动的惯性约束聚变（ICF）实验中,中子针孔成像能够为不同靶丸设计的性能提供重要的诊断信息。为了能够在实验上获得较好的结果,需要实验前对各种针孔设计方案进行定性和定量的判断。成像的理论计算可简单分为针孔成像和图像解谱两部分,为了解决成像的针孔设计问题,基于蒙特卡罗方法建立了一套模拟中子针孔成像过程的程序,并且通过编写的图像显示程序可以直观地观察到记录介质所成的2维图像,同时可以对图像的某些参数进行判读。     

ICF中子针孔成像数值模拟研究

在激光驱动的惯性约束聚变（ICF）实验中,中子针孔成像能够为不同靶丸设计的性能提供重要的诊断信息。为了能够在实验上获得较好的结果,需要实验前对各种针孔设计方案进行定性和定量的判断。成像的理论计算可简单分为针孔成像和图像解谱两部分,为了解决成像的针孔设计问题,基于蒙特卡罗方法建立了一套模拟中子针孔成像过程的程序,并且通过编写的图像显示程序可以直观地观察到记录介质所成的2维图像,同时可以对图像的某些参数进行判读。     

X射线能谱测量的蒙特卡罗成像模拟

针对高能强流电子束轰击高Z靶产生的X射线的能谱测量问题,采用蒙特卡罗方法进行成像模拟研究。高能X射线能谱通常由对X射线经过衰减体的直穿透射率曲线进行解谱获得。设计了带多准直孔的截锥体模型,在单次模拟成像中获得完整的衰减透射率曲线,有效避免了散射光子对透射率曲线以及X射线能谱重建的影响。成像面采用非均匀划分网格计数,将大部分探测计数点集中于各准直孔出口处,保证关注区域模拟成像的精细度,同时减少总体计算时间。     

激光间接驱动内爆靶丸的X光诊断

 报道了神光Ⅱ激光聚变实验中内爆燃料靶丸区电子温度、电子密度以及燃料面密度的X光诊断结果。在电子温度诊断中,采用X射线光谱学方法,根据聚变靶丸燃料区的Ar示踪元素的Ly-β线与He-β线的强度比推断出靶丸燃料区电子温度为(950±100) eV;在电子密度诊断中,利用靶丸燃料区Ar元素的He-β线Stark展宽确定聚变靶丸芯部的电子密度为(0.9±0.2)×10²⁴ cm^-3;在燃料区面密度诊断中,利用X光单能照相技术获得了内爆靶丸的燃料面密度为（3.2±0.5） mg/cm²。     

X光环孔编码成像技术研究

 着眼于惯性约束聚变实验研究中的应用，对X光环孔编码成像技术进行了研究。利用数值模拟的手段，分析了环孔的自相关函数及其对环孔编码成像技术图像重建的影响，对不同的图像重建技术进行了初步比较。基于星光II实验装置，利用自行研制的X光环孔编码成像系统进行了激光等离子体X光环孔编码成像技术的演示实验，获得了满意结果。     

相干X射线衍射成像的数字模拟研究

相位重建是实现X 射线相干衍射成像的关键, 它利用远场采集的样品傅里叶相干衍射花样、结合过采样理论,再采用迭代算法复原样品的相位信息. 文中采用数字模拟的方法, 利用小尺寸二维非周期性图形作为物场, 研究了过采样比对重构结果的影响, 研究发现, 迭代次数为1000 次时最佳过采样比的范围是3—7 之间. 利用噪声模拟方法, 研究了噪声对相位重建的影响, 找到了完成相位重建的噪声限是信噪比不能低于10. 分析了重构结果中孪生像以及随机平移的产生原因, 并给出了相应的解决办法, 结果表明, 此方法可有效地提高重构图像的质量. 关键词： 相干X射线衍射成像 过采样 相位重建算法 显微成像     

X射线相衬成像法检测内爆靶参数

理论分析了利用X射线同轴离焦相衬成像法测量金黑腔内塑料中心微球位置的可行性,在此基础上进行了实验研究。实验结果证明,由于低Z低密度材料对高能X射线有相位调制作用,因此仍能够形成一定的图像反差,这种效应并不依赖X射线的能量,因此在一定的尺度范围内,可以实现高Z高密度材料与低Z低密度材料在高能X射线下同时成像,克服了传统吸收成像的不足,最终实现了内爆靶装配参数的精密检测。     

辐射驱动气体靶丸压缩过程数值模拟

 利用整形脉冲驱动内爆是实现燃料高收缩比压缩的有效方法。单脉冲辐射驱动冲击波压缩气体靶动力学过程可分为冲击波压缩、近等熵压缩、压缩降温和膨胀降温4个阶段，其中近等熵压缩阶段是获得燃料高密度的关键。通过改变第一个台阶结束时间，可找到合适的双台阶辐射整形脉冲驱动内爆，获得比单一脉冲驱动更高的压缩密度。数值模拟结果显示：利用第1个台阶产生的冲击波多次压缩燃料，同时逐步提高燃料区压强，这样第2个冲击波传入燃料区时的强度很弱，几乎不引起熵增，但能进一步压缩燃料。同样的原理可推广到多台阶整形脉冲驱动内爆压缩研究中。     

辐射驱动气体靶丸压缩过程数值模拟

利用整形脉冲驱动内爆是实现燃料高收缩比压缩的有效方法。单脉冲辐射驱动冲击波压缩气体靶动力学过程可分为冲击波压缩、近等熵压缩、压缩降温和膨胀降温4个阶段,其中近等熵压缩阶段是获得燃料高密度的关键。通过改变第一个台阶结束时间,可找到合适的双台阶辐射整形脉冲驱动内爆,获得比单一脉冲驱动更高的压缩密度。数值模拟结果显示：利用第1个台阶产生的冲击波多次压缩燃料,同时逐步提高燃料区压强,这样第2个冲击波传入燃料区时的强度很弱,几乎不引起熵增,但能进一步压缩燃料。同样的原理可推广到多台阶整形脉冲驱动内爆压缩研究中。     

快点火背光照相数值模拟

在激光惯性约束聚变实验研究中,诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源,对内爆球壳进行瞬态辐射照相,进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序,对快点火X射线背光照相进行了研究,模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响,对于快点火实验中微米尺寸塑料小球,进行了诊断方案优化。模拟结果表明,综合考虑光通量及成像空间分辨,针孔半径为10 m时成像效果最佳;此时,采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。