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。     

皮秒激光在激光状态方程靶制备中的应用

介绍了激光状态方程靶中金属薄膜台阶的切割方法。采用皮秒激光加工技术切割了宽度百μm量级的金属薄膜台阶,研究了金属薄膜台阶宽度控制的方法,讨论了切割过程中产生热效应的因素,优化了激光加工参数。实验加工中,采用加工的参数:功率为0.5W,脉宽10ps,波长355nm,扫描速率为100mm/s,获得了宽度400μm和120μm的金属薄膜。测量结果表明,金属薄膜的宽度能精确控制,切割后金属薄膜表面质量能保持切割前的质量。     

激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性

 针对神光Ⅱ第九路激光条件,利用1维JB程序和多台阶靶技术对冲击波在铝 金阻抗匹配靶中的传播稳定性进行了理论和实验研究,实验结果与理论结果基本吻合。结果表明,激光驱动冲击波在铝 金阻抗匹配靶中传播时,高阻抗待测材料金中的冲击波稳定传播最大距离急剧减小。因此,在进行铝-金阻抗匹配靶物理参数设计时,应保证高阻抗材料金台阶厚度满足冲击波传播稳定性,然后再按照阻抗匹配实验中两种材料的冲击波速度比来确定低阻抗标准材料铝的台阶厚度。根据神光Ⅱ第九路激光条件,铝-金阻抗匹配靶中铝基底厚度选取为30 μm左右较好,金台阶和铝台阶厚度应分别小于10 μm和17 μm。     

Optimization of 4.7-keV X-ray titanium sources driven by 100-ps laser pulses

An experiment with thin titanium foils irradiated by two pulses delayed in time is conducted on the Shenguang-II laser facility.A prepulse induces an underdense plasma,2-ns later a main pulse(λ L = 0.35 μm,E L ≈ 120 J,τ L ≈ 100 ps) is injected into the underdense plasma and produces strong line emission from the titanium K shell(i.e.,He α at 4.7 keV).Data show that the intensity of 4.7-keV X-ray emission with the prepulse is approximately twice more than without the prepulse,and can be used as a backlighting source satisfying the diagnostic requirements for dense plasma probing.Highquality plasma images are obtained with the backlighting 4.7-keV X-rays in a Rayleigh-Taylor hydrodynamic instability experiment.     

单发次测量软X射线多层膜分束镜光学特性实验

用X射线激光作为探针，探测激光等离子体临界面附近的电子密度，对惯性约束聚变(ICF)的研究具有很大的应用价值。2003年11月，在“神光”Ⅱ装置上进行的X射线激光干涉法诊断等离子体电子密度实验研究取得了重大进展：利用类镍-银X射线激光作为探针，采用分束镜分光的马赫-贞德尔干涉仪在国内首次拍摄到清晰的动态干涉图。     

数字全息形貌测量的基本特性分析

在对数字全息技术进行严格理论分析的基础上，本文指出随单个CCD像元的尺寸的减小可能被记录物体的横向尺寸将变大，所允许的纵向尺寸却变小；另一方面其系统误差和被测量值本身的大小成正比，和横向分辨率成反比。     

利用“神光-Ⅱ”激光装置多路光束叠加直接驱动下的冲击波平面性及稳定性

 利用“神光-Ⅱ”的3路基频光输出及小透镜列阵束匀滑技术，通过优化设计和合理地选择光路组合，实现了多路叠加斜入射的驱动激光, 在靶材料中产生一个650~750μm范围内平面性良好的冲击波，有效地提高了“神光-Ⅱ”输出光束的利用率。同时，利用斜面靶进行的冲击稳定性实验表明，在靶面功率密度分别为3.26×10¹⁴及2.56×10¹⁴W/cm²时，冲击波至少在28.38~55.82和22.13~35.07μm的Al样品厚度内是稳定传播的。     

一种激光驱动高压状态方程绝对测量方法的探索

数值模拟了激光直接驱动铝飞片空腔靶的物理过程,模拟结果表明,如果靶结构参数与激光条件匹配,飞片与靶可以近似实现对称碰撞,而且冲击波在靶中存在稳定传播区,采用结构参数合理的飞片双面台阶靶,可能实现状态方程的绝对测量.同时进行了实验探索,实验结果与数值模拟结果基本吻合. 关键词： 绝对测量 飞片双面台阶靶 数值模拟 状态方程     

激光驱动高压下材料状态方程实验研究进展

利用激光驱动冲击波进行材料状态方程实验研究已逐渐成为实验室获得材料TPa以上高压状态方程数据的重要途径.文章简述了激光状态方程实验研究方面的进展,重点介绍了激光驱动冲击波的基本特性,激光状态方程实验测量方法,激光驱动冲击波平面性、稳定性及干净性研究,以及激光状态方程实验研究等方面的成果.     

用X射线激光M-Z干涉仪诊断点聚焦CH等离子体电子密度

在神光Ⅱ装置上，用软X射线激光Mach-Zehnder干涉仪诊断了点聚焦CH等离子体电子密度N_e分布，介绍了实验结果. 通过Abel变换进行了密度反演， 给出了N_e的2D分布，测得的最高N_e为3.2×10²¹cm^-3. 通过同1.5维JB19程序以及二维XRL2D程序的模拟结果的比较，发现高密度区，限流因子取0.05的理论结果同实验相符，但是低密度区实验得到的N_e分布下降得更快，而且理论模拟的N_e二维分布同实验结果在细节上有比较大的差别. 粗略的误差分析显示，干涉仪面型误差是实验误差的主要来源. 关键词： 类镍银X射线激光 Mach-Zehnder干涉仪 密度反演 Abel变换