核物理与等离子体物理学科研究进展

1 理论物理 1．1 等离子体物理 深入开展了激光等离子体相互作用理论研究。为了模拟和研究激光与大尺度黑腔等离子体相互作用问题，分析了激光入射场、散射波场和离子声波的传播的耦合关系，考虑动力学效应，提出了描述自聚焦、受激散射非线性演化的耦合模型，完成流体程序的物理方案；研究了SRS时空演化机制，发现一些新物理现象；对超强激光与超高密度等离子体作用问题进行模拟，研究了高能电子、单能离子产生的新特征。     

核物理与等离子体物理学科研究进展

1脉冲功率技术及加速器物理 利用雪耙模型，对一个典型的微秒级导通时间等离子体断路开关物理过程进行了模拟计算，分析研究了导通物理机制和雪耙阵面的运动过程，获得了具有指导意义的数据和结果。在国内首次研制成功导通电流可达100kA的微秒导通时间等离子体断路开关，开展了等离子体枪与主回路之间的触发延时、等离子体枪数目及其工作电压对开关性能的影响规律实验研究，获得的典型数据和结果对开关的应用及等离子体源参数优化具有重要意义。     

激光靶中的等离子体流实验研究

在星光和神光激光装置上,用空间-时间分辨、能量-时间分辨技术,激光探针光技术以及法拉第电荷收集器,研究了平面金靶、玻璃球靶、黑洞腔靶的激光等离子体膨胀过程以及离子发射速度分布。观察到了球靶的球体与支撑杆之间以及激光未照射区的等离子体喷流结构。获得了金柱腔靶在特定功率密度下的解体时间。     

激光驱动的ICF物理研究

惯性约束聚变是近年来发展迅速、具有科学意义和应用前景的研究领域．本文概述了激光驱动的惯性约束聚变的物理过程和值得研究的物理问题；讨论了激光聚变物理与核武器物理的联系，说明军用研究是激光聚变研究近、中期应用的重要方面；介绍了中国工程物理研究院的激光聚变研究工作．     

超短超强激光等离子体物理专题编者按

强激光等离子体物理是随着激光技术的发展而快速兴起的一门交叉学科,主要研究强激光与物质相互作用形成的等离子体结构、演化及应用.其研究内容从早期纳秒激光与等离子体作用相关的惯性约束聚变物理,到近年来飞秒激光与等离子体作用的新型加速器和辐射源物理,再到当前和未来以数十至百拍瓦激光等离子体作用的量子电动力学(QED)等离子体物理,逐步得到拓展和深入.     

利用X射线激光干涉诊断等离子体电子密度

X射线激光波长短、脉冲短、亮度高而又具有良好相干性，用它作为探针来诊断高温高密度激光等离子体是一种非常好的工具。诊断的结果，一方面可以提供相关的等离子体信息，更重要的是可以用来校验相应的程序，对惯性约束聚变等研究具有重要意义。     

激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展

激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍（属于内禀困难）是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象（如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸）中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置（NIF）内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。     

Z箍缩内爆等离子体研究新进展

目的,快过程Z箍缩内爆等离子体可以把储存的脉冲功率加速器内155的电能转化为大能量、高功率的X射线源,美国Sandia实验室的Z装置已经产生了总能量为1.8MJ、功率为290TW和黑腔湿度超过200eV的X射线源,这些进展正在用于惯性约束聚变（ICF）实验研究,并对它的后续装置X－1正在进行概念性设计,文章概要地叙述了Sandia实验室近五年来在Z装置上进行Z箍缩实验所取得的进展。     

掺杂丙烯酸酯合成及泡沫原位成型技术

辐射输运研究是惯性约束聚变实验研究的重要内容。在这类实验中需要研究辐射输运沿柱腔内填充的聚合物泡沫材料的传输问题。多元丙烯酸酯聚合物泡沫适用于ICF柱腔靶填充泡沫，并且可以直接在柱腔或各种形状的靶中成型，无须后续的精密加工过程，消除了泡沫柱与柱腔之间的装配误差。     

金激光等离子体冕区电离态特性研究

提出一种测量金激光等离子体电荷态分布与平均电离度的X射线光谱学诊断方法。该方法基于稳态碰撞-辐射近似,考虑电子离子直接碰撞激发与双电子复合两种激发态布居方式,建立了金M带5f-3d跃迁组辐射总强度与离子态分布的耦合方程。根据实验测量的金平面靶激光等离子体冕区辐射的5f-3d跃迁线系的强度分布,诊断得到了金激光等离子体的电荷态分布与平均电离度。此外,还分析了电子温度、电子密度以及双电子复合过程对电荷态分布及平均电离度诊断的影响,并将实验诊断结果与辐射流体力学理论模拟结果及离化平衡动力学计算结果进行了对比分析。结果表明：实验诊断结果与基于CRE近似的离化平衡动力学计算结果近似;当电子温度高于1.5 keV时,双电子复合过程对电离度的诊断结果影响较小。     

金激光等离子体冕区电离态特性研究

 提出一种测量金激光等离子体电荷态分布与平均电离度的X射线光谱学诊断方法。该方法基于稳态碰撞-辐射近似,考虑电子离子直接碰撞激发与双电子复合两种激发态布居方式,建立了金M带5f-3d跃迁组辐射总强度与离子态分布的耦合方程。根据实验测量的金平面靶激光等离子体冕区辐射的5f-3d跃迁线系的强度分布,诊断得到了金激光等离子体的电荷态分布与平均电离度。此外,还分析了电子温度、电子密度以及双电子复合过程对电荷态分布及平均电离度诊断的影响,并将实验诊断结果与辐射流体力学理论模拟结果及离化平衡动力学计算结果进行了对比分析。结果表明：实验诊断结果与基于CRE近似的离化平衡动力学计算结果近似;当电子温度高于1.5 keV时,双电子复合过程对电离度的诊断结果影响较小。     

0.53μm激光辐照金盘靶的光散射机制研究

报道了０．５３μｍ高功率激光辐照金盘靶产生的受激拉曼散射光光谱和散射光谱能量角分布，由散射光角分布计算的散射光能量与实验通过打靶透镜测得的受激拉曼散射能量不符，而且角的分布的实验结果与受激布里渊散射理论也不符。     

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。     

激光与靶非平衡耦合的数值模拟

对激光与高Z靶耦合主要物理过程,其中包括激光吸收,电子热传导,等离子体运动,非平衡原子物理,X光转换和辐射输运等现象的数值模拟作了全面的概括性描述。提出了总体微分方程组,建立了差分计算格式和求解方法,给出了程序数值计算的结果。     

惯性约束聚变靶三维成像研究

利用计算机层析技术，采用乘代数重建法，编制出三维图像重建程序ＣＴ３Ｄ，通过五个方位对“星光Ⅱ”装置的惯性约束聚变靶进行Ｘ光成像，重建出靶等离子体的三维图像，获得了较好的结果，表明该技术在惯性约束聚变实验中应用的可能性。     

黑腔中高斯型激光束偏折的模拟研究

利用三维激光等离子体相互作用流体程序LAP3D数值模拟研究了高斯光束在均匀等离子体传播过程中的激光束偏折现象,分别考察了激光强度变化和等离子体横向流的流速变化对束偏折的影响。模拟结果表明：当流速接近离子声速时,激光束偏折效应最明显,此时激光偏折程度与激光强度成正比;当流速逐渐小于离子声速时,激光束偏折行为受抑制逐渐减弱;而当流速逐渐大于离子声速时,激光光强包络的变化以衍射效应为主。     

激光腔靶X射线面、体发射特性实验研究

介绍了在“神光”装置上进行的不同类型腔靶Ｘ射线面、体发射物理机制的实验研究。实验采用波长为１．０５３μｍ的激光,脉冲波形为高斯型,能量为５００一７００Ｊ／束,脉冲宽度为６００一１０００ｐｓ．典型靶由三个柱型腔组成,采取双束对打,两端的腔为吸收－转换区（源区）,中间腔为辐射加热的内爆区。给出源区及内爆区Ｘ射线面、体发射测量结果,并通过分析、估算给出面、体发射强度比。 关键词：     

应用于ICF等离子体诊断系统的长焦深光学元件设计

 针对惯性约束聚变激光等离子体诊断系统的特殊需求,提出采用对数型轴锥镜来实现长焦深功能,并采用超高斯边缘匀滑、中心切趾及选择合适的器件参数等方法优化了长焦深器件的性能。模拟实验证明,为了得到满足要求的长焦深、小焦斑、小旁瓣和均匀的轴上及横向光场分布的聚焦光束,对数型轴锥镜的焦深应为3~5 mm;元件中心须采用切趾,而且切趾半径应为15~60 mm;元件边缘宜采用5阶超高斯匀滑。设计出焦深长达3 mm、轴上光强均匀、旁瓣峰值小于中心强度的2%且横向光斑较均匀的长焦深器件,可以满足激光等离子体诊断的要求,并用菲涅耳衍射积分对该元件光场的模拟实验验证了该方法的可行性。