氩和氪气体团簇靶的制备及特性研究

 采用瑞利散射法和Mach-Zehnder（M-Z）干涉法分别测量氩、氪团簇的尺寸和密度，讨论了影响团簇尺寸和密度的因素，并比较氩团簇和氪团簇特性的异同点。通过改变诊断光和喷嘴阀门的相对延迟时间，获得了团簇尺寸和密度随时间的变化情况，发现氩、氪团簇的尺寸和密度均在3~25 ms达到最大值；在气体背景压强1.2~6.0 MPa下，测量了喷嘴轴线上的密度分布，发现离喷嘴喉部越远，气体密度越低，并且气体密度随压强呈线性上升。     

超声喷流Ar团簇生长演化过程及团簇尺寸轴向分布的实验研究

针对特定形式的喷嘴产生的Ar气体团簇,利用瑞利散射法研究了团簇的生长演化过程,测量了不同背压下空间轴向上的团簇尺度,得到了团簇尺寸随轴向距离与背压的关系.实验发现,在20—60 atm（1 atm=1013 kPa）背压范围内,距离喷嘴出口5 mm处,Ar团簇尺度最大. 关键词： 超声喷流 Ar团簇 瑞利散射 团簇尺度     

高背压超声气体团簇喷流中团簇平均尺寸沿喷流方向演化研究

本文通过对高背压(50 bar, 1 bar = 1.0×10⁵ Pa)氩气经长锥型喷嘴(长度L=30 mm)向真空绝热膨胀所形成的超声气体团簇喷流的数值模拟, 分析比较了由喷嘴喉口起沿喷流方向在喷流中心轴线上团簇平均尺寸的演化情况. 结果表明: 沿喷流方向团簇平均尺寸显示先增长后趋于饱和的变化趋势, 具有较大尺寸团簇的区域出现在距离喷嘴喉口大约20 mm. 据此本文再结合关于喷流中原子密度沿喷流方向变化的模拟结果开展了锥形喷嘴长度的优化研究. 针对由常见构型的锥形喷嘴(喉径～ 0.5 mm, 半张角～ 8.5°)在高背压下形成的团簇喷流, 20 mm左右的长度为锥形喷嘴的适宜长度.     

甲烷团簇与氘团簇的团簇源特性比较

利用瑞利散射法测量了特定喷嘴产生的甲烷团簇及氘团簇的大小随背压的变化曲线。将团簇大小的实验值与Hagena理论进行了比较,当背压超过3MPa时,两种团簇的实验值都明显高于理论值。实验发现,特定喷嘴在相同的背压下,常温(298K)甲烷团簇尺寸小于低温(80K)氘团簇尺寸,而甲烷团簇中氢原子数至少是氘团簇中氘原子数的1.98倍。     

瑞利散射法研究超声喷流二氧化碳团簇尺度轴向分布

针对特定尺度的小锥喷嘴,用瑞利散射方法研究了超声喷流二氧化碳团簇的瑞利散射信号S和团簇尺度N的轴向分布.实验发现,散射信号强度的对数ln(S)随着轴向距离Z的平方根的增大线性减小,团簇尺度最大位置出现在距喷嘴轴向距离4 mm附近,在背压6—17 bar范围内散射信号S与背压P满足S∝P^3.6—4.2,测量到最大的团簇约为1.6×10⁴分子/团簇. 关键词： 二氧化碳团簇 轴向分布 团簇尺度 瑞利散射     

瑞利散射测量氢团簇尺寸实验

具有液氮温度和适度压强的氢气通过S99阀门Laval喷嘴进入真空，经超声绝热膨胀形成团簇。本实验用瑞利散射法测量氢团簇尺寸随阀门背压强的变化曲线。当背压为1．0MPa时，每个氢团簇平均包含250个氢原子。     

气体团簇形成过程的模拟计算

团簇源特性是影响激光与团簇相互作用的一个主要因素,因此团簇源的特性研究是一项非常关键的工作.本文主要从以下两个方面对气体团簇形成过程进行模拟计算:①从流体力学角度出发,讨论气体的密度、压强及温度在喷嘴轴线上的空间分布,结合汽液平衡方程分析团簇开始形成的位置;②采用液滴模型,讨论团簇尺寸随时间的变化.这些结果不仅有利于进一步研究团簇形成过程的特性,而且为激光与团簇相互作用实验的设计提供宝贵的参考.     

常温下氙气以及氢氙混合气体形成的团簇的特性研究

利用瑞利散射法可以对团簇的尺寸以及团簇形成的演变过程进行研究, 这种方法非常简单易行且对团簇是非破坏性的. 通过对纯氙气以及氢氙混合气体形成的团簇的瑞利散射进行测量, 研究并分析了瑞利散射强度随时间、初始背压 以及气体混合比例的变化, 由此估算了在不同情况下形成团簇的平均尺寸. 通过获得的氢氙混合气体瑞利散射强度与背压的关系I=(1.5 ×10^-5)P^6.47, 发现了混合气体中氢气对氙团簇形成的促进作用, 并从热力学和分子间作用力的角度进行了理论分析, 得到了氢氙混合气体不易于液化这一新现象, 为实现高背压下更大尺寸团簇的产生提供了可能. 所获得的结果为今后基于氙团簇的X射线产生实验, 以及基于氘氙混合气体的中子产生实验研究提供了良好的实验依据.     

静态真空对超声喷流气体团簇制备的实验研究

研究了靶室静态真空对超声喷流气体团簇产生和制备的影响.通过瑞利散射方法测量了不同静态真空度下超声喷流氩团簇的尺度和密度参数,发现在喷嘴出口附近团簇尺度和密度受静态真空度的影响较小;在距离喷嘴较远处,氩气团簇存在同氢气团簇类似的自限制效应,验证了自限制效应在团簇制备、输运过程中的重要作用.该结果对于建造基于激光聚变原理的桌面中子源具有较大的参考意义,可据此简化真空装置以降低运行和维护成本.     

低温高背压氘团簇源特性研究

为了产生大尺度氘团簇用于与强激光相互作用研究，研制了低温高背压团簇源.利用瑞利散射法对团簇尺度与气体背压相关性和团簇的形成演变过程进行了研究.得到团簇尺度N_c随背压的指数变化关系为N_c∝P^2.89₀，当气体温度为80K，背压P₀为48×10⁵Pa时，氘团簇尺度N_c≈2630，并得到了团 关键词： 氘团簇 团簇源 瑞利散射 激光与团簇相互作用     

The spatial distribution of argon clusters in gas jet

The spatial distribution of argon clusters in gas jet is tested using the Rayleigh scattering method. A pulsed laser is used to acquire the whole evolution of the cluster inside one event. The measured results at a fixed axial position show that the argon clusters grow in less than one millisecond after the nozzle is opened and the cluster size keeps constant during the whole open period of 20 ms. Further results show that the scattering signal along the radial direction is almost Gaussian-distributed and the full width half maximum (FWHM) increases almost linearly when the distance from nozzle increases. The scattering signal along the axial direction is Landau-distributed and the area near the nozzle is most effective for laser cluster interaction.     

An Experimental Observation of Axial Variation of Average Size of Methane Clusters in a Gas Jet

Axial variation of average size of methane clusters in a gas jet produced by supersonic expansion of methane through a cylindrical nozzle of 0.8 mm in diameter is observed using a Rayleigh scattering method. The scattered light intensity exhibits a power scaling on the backing pressure ranging from 16 to 50bar, and the power is strongly Z dependent varying from 8.4 （Z = 3mm） to 5.4 （Z = 11mm）, which is much larger than that of the argon cluster. The scattered light intensity versus axial position shows that the position of 5mm has the maximum signal intensity. The estimation of the average cluster size on axial position Z indicates that the cluster growth process goes forward until the maximum average cluster size is reached at Z - 9 mm, and the average cluster size will decrease gradually for Z 〉 9 mm.     

Hagena团簇尺度定律中锥形喷嘴的等效孔径

本文首先详细重演了锥形喷嘴的等效孔径d_eq, 并根据d_eq的定义给出了它与气体团簇喷流的径向宽度之间的依赖关系. 然后以高背压氩气团簇喷流为例, 通过成像喷流的Rayleigh 散射光的空间分布研究了不同背压下喷流的径向宽度, 并与Hagena 团簇尺度定律中直线流模型假设的喷流径向宽度进行了比较. 结果表明, Hagena 直线流模型假设的喷流径向宽度小于实际的径向宽度, 且实际宽度与气体背压有关. 进一步的研究表明, 直线流模型对喷流宽度的估计偏差导致对锥形喷嘴等效孔径的估计偏差, 这为Hagena 尺度定律估计团簇平均尺寸的偏差给出了一种可能的解释. 关键词： 气体团簇 Hagena尺寸定律 锥形喷嘴的等效孔径     

Size estimates of nobel gas clusters by Rayleigh scattering experiments

Noble gases (argon, krypton, and xenon) are puffed into vacuum through a nozzle to produce clusters for studying laser-cluster interactions. Good estimates of the average size of the argon, krypton and xenon clusters are made by carrying out a series of Rayleigh scattering experiments. In the experiments, we have found that the scattered signal intensity varied greatly with the opening area of the pulsed valve. A new method is put forward to choose the appropriate scattered signal and measure the size of Kr cluster.     

超声喷流氩氢混合团簇特性研究

利用瑞利散射方法研究了超声喷流Ar-CH4混合团簇和超声喷流Ar-H2混合团簇的特性.通过测量不同混合比例和不同背压下所形成混合团簇的散射信号发现,当用Ar气和CH4的混合气体进行超声喷流时很容易形成Ar-CH4混合团簇,当Ar气含量为50%时混合团簇尺度最大且大于相同气压下纯Ar团簇尺度和纯CH4团簇尺度.实验发现,与纯H2团簇只能在低温条件下获得不同,常温下即可形成Ar-H2混合团簇,实现了常温下含氢团簇的获取,从而有效降低了制备成本.在H2含量大于40%时混合团簇开始形成并在60%时达到最大尺度.含氢(氘)混合团簇在氢(氘)团簇的基础上引入了更重的异核Ar元素,在激光氘团簇聚变实验中它将进一步加速氘离子从而获得更高的能量,并具有更高的中子产额和聚变效率.