黄天晅[1]2001年在《黑腔X光辐射的模型分析及辐射温度的实验研究》文中进行了进一步梳理黑腔X光约束和能量再分配是间接驱动惯性约束聚变（ICF）研究的一个重要课题。本文利用辐射烧蚀热波（AHW）的自相似解建立了对被烧蚀物质积分的质量和能量守恒方程。使用视角因子的方法把所有腔壁面元的加热过程耦合起来，然后运用量纲分析给出了黑腔X光辐射加热问题的相似解。通过数值计算，给出了各种参数条件下黑腔辐射增强因子、导热管X光能量传输效率、以及黑腔X光辐射空间分布的时间演化过程。然后介绍了X光探测器在同步辐射光源上的标定结果，以及在神光Ⅱ基频激光装置上进行的黑腔靶辐射温度定标实验。最后把模型计算的结果与国内外实验结果进行了初步比对。
李叁伟, 杨冬, 李欣, 李志超, 郭亮[2]2018年在《我国激光间接驱动黑腔物理实验研究进展》文中指出本文介绍了近年来我国在激光间接驱动惯性约束聚变中黑腔物理实验研究的进展.我们在神光系列激光装置上开展了一系列黑腔物理分解实验和黑腔辐射场综合实验,从多个方面研究了黑腔内部等离子体状态和辐射场特性.为了提升精密化实验能力,对黑腔物理实验主要诊断设备进行了不断优化改进、精密标定和一致性考核,并对激光能量平衡和光斑稳定性的影响做了分析研究,针对神光Ⅲ原型装置从物理设计、诊断、制靶、驱动器等多方面不断优化完善,建立了黑腔能量学精密物理实验能力,获得了一套具有较高置信度的自洽的黑腔能量学实验数据,同时初步探索研究了六孔球腔、叁轴柱腔、贫铀腔、泡沫金腔等新型黑腔的辐射场特性.最后介绍了2017年刚完成的黑腔Au泡膨胀特性和激光注入孔(Laser Entrance Hole,LEH)堵孔特性的实验研究.这些实验获得了多个可重复、可理解、互相自洽的实验数据,使我们对黑腔能量学和辐射场分布的影响因素和规律有了更深入的认识.
李志超[3]2011年在《大尺度激光等离子体相互作用的实验研究》文中提出在间接驱动激光聚变实验中,由于腔内需要充一定压强的气体阻止高Z等离子体过早聚心,因此激光将与数毫米的大尺度等离子体发生相互作用(大尺度LPI),这一过程是激光聚变研究中的关键环节,其对激光腔靶耦合效率和靶丸内爆均存在重要影响。一方面,激光等离子体的非线性相互作用如受激拉曼(SRS)和受激布里渊(SBS)散射会散射入射激光,降低激光与腔靶的耦合效率;另一方面,SRS产生的超热电子具有很强的穿透能力,会预热靶丸燃料,降低聚变增益;此外,SRS和SBS的散射光将会改变预定的辐射场分布,影响内爆对称性。基于上述种种不利因素,如何抑制大尺度LPI中的参量不稳定性过程一直以来都是激光聚变研究的重点。然而,大尺度LPI的物理过程错综复杂且相互关联,对激光状态及各种等离子体参数都非常敏感,这使得大尺度LPI的研究具有很大难度,被列为激光聚变点火中最不确定的两个关键因素之一。大尺度LPI的研究需要针对其特点,开展等离子体参数及相互作用物理过程两方面的精密诊断,为程序校核提供重要依据。实验研究上,需要利用特殊靶型产生接近点火条件的大尺度等离子体环境,并采用各种精密诊断技术表征其温度,密度等各种状态参数的时空信息,建立相互作用研究的平台;需要发展各种相互作用物理过程的精密诊断设备,给出各种实验条件下的参量不稳定性过程的高精度表征,如散射光份额,超热电子份额和穿透束份额等,从而进行其物理过程的细致分析。本论文中,作者在SG-Ⅱ激光装置上利用气袋靶成功建立并表征了激光大尺度等离子体LPI的研究平台,开展了大尺度LPI的相关物理研究,并为即将开展的充气腔靶实验综合效果的考核自行设计研发了一种新型平响应XRD。本论文的主要工作有:一自行研制了一套针对SG-Ⅱ装置第九路激光的全口径背反系统,为大尺度LPI实验提供诊断基础。该背反系统能够进行全口径散射光背反能量份额诊断,当前诊断精度为SRS 60%,SBS 70%;能够进行散射光时间波形的诊断,时间分辨约在100ps;能够进行散射光条纹谱测量,测谱宽度可达500nm,可将SRS和SBS在一幅条纹图样中表征出来,为SRS和SBS的关联比对提供直接证据。二提出和发展了背反系统的精密化标定和诊断的技术路线。根据大尺度LPI高精度诊断的需求,提出了一种针对全口径背反系统和近背反系统的脉冲扫描标定方案,并在XG-Ⅲ装置上对技术路线进行了实验验证。同时,在SG-Ⅱ装置第九路背反系统上发展了背反能量份额的细致分辨测量技术。这两部分工作对提高背反系统诊断精度有重要指导意义。叁在SG-Ⅱ装置上利用气袋靶,成功建立并表征了激光大尺度等离子体LPI研究平台。利用X光针孔相机和分幅相机获得了Xe和CH两种大尺度等离子体的热化图样,由此推断产生的激光等离子体尺度约为1mm。利用热相干Thomson散射技术获得了时间分辨的等离子体电子温度,等离子体流速和离子温度的相关信息。利用SRS条纹谱获得了时间分辨的电子密度信息。通过上述具有时间分辨的诊断手段,推断大尺度等离子体存在的时间窗口约为600-1100ps。四利用气袋靶大尺度平台,在SG-Ⅱ装置上开展了大尺度LPI的相关物理研究,获得了相互作用束背反SRS条纹谱及背反能量份额的相关信息。通过线性理论程序,较好的模拟再现了实验SRS条纹谱结果,证实了实验Thomson散射和SRS条纹谱诊断的等离子体状态参数的可靠性;同时通过实验和模拟分裂谱再现,对SRS发生区域的局域性有了进一步的认识。实验获得的时间积分背反份额整体较低;通过一维线性理论简化模型及已有的NIF装置实验结果,分析认为SG-Ⅱ装置上1mm等离子体尺度可能是份额偏低的主要原因。五在SG-Ⅱ装置上开展了各种类型腔靶的LPI实验研究。通过SG-Ⅱ装置8套全孔径背反系统的大量发次统计,发现SG-Ⅱ装置的腔靶总体背反份额处在较低水平。通过比对,发现采用腔内衬CH的方式确实能够有效抑制Au等离子体的喷射,改善辐射场的干净性;但同时会对腔靶耦合效率产生严重影响,辐射温度降低幅度可达14%。六为对即将开展的充气腔靶实验开展综合效果考核,自行设计研发了一种新型的平响应XRD,用于辐射流和辐射温度的精密诊断。这种新型平响应XRD结构简单,小巧,便于实验排布和诊断安装;同时,通过复合滤片的全新设计,克服了传统平响应XRD标定困难且难以应用的缺陷;此外,通过全Au结构设计,使得平响应区间从传统的100-1500eV扩展到100-4000eV,囊括了Au-M带辐射,有效提高了测量精度;最后,通过组合滤片一体化的新工艺,将厚薄Au滤片合二为一,大幅提高了组合滤片的支撑强度,和抗冲击能力。新型平响应XRD在北京同步辐射装置上标定的平响应度为12%(100-4000eV区间);其未回校的辐射流测量的普适不确定度为14%,辐射温度不确定度为3.5%。七利用新型平响应XRD,在SG-Ⅱ装置上开展了多种黑腔的辐射流角分布细致测量研究。发现腔靶辐射流与cosθ并不呈线性关系,而是在θ=25°时极大;当角度增大或减小时辐射流单调减。实验还发现即使在同一θ角,辐射流也会因为ψ角不同而产生显著差异。通过分析,发现视场中激光第一打击点对辐射流角分布的峰值和时间行为都存在重大影响。
周近宇[4]2009年在《间接驱动ICF辐射驱动对称性研究》文中研究说明良好的辐射驱动对称性是实现间接驱动惯性约束聚变(ICF)实验室点火的一个重要条件。它对于实现点火和高增益是至关重要的,为了精确调节实验对称性环境,我们需要相应的手段对其进行分析和测量。本文的主要研究内容如下:1.采用视角因子方法,对间接驱动ICF过程中从腔内壁辐射到靶丸表面的辐射进行了计算,并分析了神光III原型系统上的一个实验的对称性环境。间接驱动ICF系统的不对称性一般来自于激光焦斑和腔体的几何结构,利用视角因子方法,我们可以计算X光能量在腔体内的强度分布,将靶丸表面的驱动对称性表示成腔体结构和激光焦斑几何参数的函数。结果表明,采用这个方法的程序模拟能够评估腔靶设计的主要参数,并对实验设计提供参考。2.在“神光II”实验条件下,通过在半腔靶底部的漏口来测量内爆靶丸附近的M带X光发射的角分布。介绍了试验中采用的诊断方法和试验方法,并给出了典型的实验结果。此外,我们利用视角因子程序,对该实验的X光角分布进行了模拟。经过对比,发现实验结果与视角因子程序模拟结果相符,从半腔靶底部漏口出射的M带X光不遵从cosθ分布。实验结果和模拟结果的比较有助于提高对黑腔物理图像的理解,并为内爆实验设计提供实验依据。3.为了满足惯性约束聚变(ICF)驱动对称性调节和测量的需要,采用勒让德多项式拟合方法处理实验图像数据。该方法结合了辐射驱动对称性的相关理论,用于分析内爆实验中获得的靶芯压缩图像。通过对一系列实验数据进行处理,详细对比了新旧两种实验图像处理过程。结果表明,与目前使用的图像处理方法相比,新的方法降低了误差,并获得了以往忽略的不对称性高阶部分信息。
江少恩, 孙可煦, 杨家敏, 刘慎业, 李文洪[5]2007年在《不同黑腔的X光辐射和散射光特性实验研究》文中研究表明在神光Ⅱ叁倍频实验中,设计了多种半腔靶构型,研究不同黑腔构型的X光辐射和散射光特性。采用多种探测设备对多角度辐射温度、软X光谱、M带角分布、X光总量、超热电子、散射光、漏激光和受激拉曼散射(SRS)等物理量进行了综合测量,并比较了不同靶型的相关物理量。
任宽[6]2016年在《空间分辨辐射流探测技术研究》文中认为惯性约束聚变是未来解决能源问题的重要手段之一,而基于中心点火的间接驱动惯性约束聚变是目前实现受控核聚变最有希望的方式。在这当中,对惯性约束聚变激光等离子体诊断技术的研究显得非常重要,而目前黑腔内部空间分辨X射线辐射流的探测一直是未能解决的问题,它也是靶丸“感受”辐射流探测的有效途径,具有高度的重要性。本工作针对上述难题,采用成像选区的方法,攻克瞄准等技术瓶颈,研制了空间分辨辐射流探测设备(SRFD),开展了实验研究,解决了空间分辨X射线辐射流探测难题,为靶丸“感受”辐射流的诊断提供了新的有效途径。本文的主要研究内容及成果如下：(1)研究了空间分辨辐射流探测设备的设计、组装与调试。采用对黑腔注入口(LEH)进行针孔X光成像,并利用限孔选择区域进行探测的方式,对SRFD各部件及整体进行了叁维设计,主要包括针孔-透镜组件及其四维调节机构、支撑调节机构、成像板部件、限孔及其二维调节机构以及平响应X射线探测器。加工完成后,我们组装、调试出了性能优良的空间分辨辐射流探测设备。(2)研究了空间分辨辐射流探测设备的瞄准技术。针对针孔对可见光的通光量小,SRFD无法瞄准的技术瓶颈,通过在针孔外部嵌套环形透镜的方式,利用环形透镜成像与针孔成像物距、像距及成像位置基本一致的设计,实现透镜成像辅助SRFD实时瞄准。并分析了这当中包含的误差,我们发现该误差对于瞄准可以忽略不计。(3)研究了黑腔内光斑区与非光斑区辐射流的探测。在神光Ⅲ原型激光装置上,利用两套SRFD在一发典型的黑腔实验中,分别对黑腔内的光斑区以及非光斑区辐射流同时进行了首次测量,所得辐射流数据与不同位置的平响应X射线探测器进行了对比,利用面积权重后处理的方法验证了实验数据的可靠性。对实验观测进行了二维流体力学模拟,模拟结果与观测结果符合得很好。另外,通过能量平衡关系,对实验观测进行了理解,与黑腔壁反照率相关的标度得到了标定。(4)研究了新的二维空间分辨辐射流探测技术。利用一套空间分辨辐射流探测设备,采用神光Ⅲ原型上两发典型黑腔实验,分别用于瞄准与探测。确定了针孔成像与透镜成像的精确偏差,该偏差的得出显着提高了今后实验的效率。另外,本研究观测到了黑腔LEH内一个特定小区域的辐射流及辐射温度与整个LEH喷射出的辐射流及辐射温度的显着差异。我们用视角因子模型对此差异进行了理论分析。证实了SRFD的探测区域位于单一的非光斑区。
江少恩, 郑志坚[7]2006年在《X光辐射在泡沫介质中超声速传输研究进展》文中研究指明X光辐射输运过程通过光子的发射与吸收使能量在介质内进行再分配,而光子的辐射和吸收过程对从介质内出射的能谱产生十分显着的影响。辐射输运由积分-微分方程来描述,得到它的解极其困难,这是因为此方程依赖于局域和非局域的条件。当外加的非局域的X光辐射场作用在介质上一个强的X光辐射能流时,介质的局域温度和密度将影响X光的吸收和发射。本文将对辐射输运的方程和基本理论进行阐述,并对辐射超声速传输的实验结果进行评述。首先,介绍辐射在介质中的传输的理论基础以及简化分析模型;其次,对辐射在介质中扩散超声速输运进行解析分析,我们首次导出辐射的超声速传输条件下的辐射能流与物质能流之比与马赫数和光学厚度的定量关系;最后,介绍国外的主要实验结果,同时也给出我们近期的研究结果。我们的实验结果表明,不同能区的光子因辐射不透明度不同使得在介质中的传播时间不同,并且实验测出光学厚度。
葛哲屹[8]2015年在《强激光与固体靶相互作用中的能量吸收及转化研究》文中研究说明随着激光技术的不断发展,强激光与固体靶相互作用呈现出越来越多的应用前景:如高次谐波发射、等离子体粒子加速、以及高能电子产生等。在这些应用中,一个首要的问题就是激光能量的吸收。此外,强激光与固体靶相互作用产生强X射线源近来也因其潜在的应用价值而受到广泛关注,如高级印刷术、X射线背光照相、高能量密度物理以及惯性约束聚变(ICF)等。在这些应用中,如何有效提高激光-X射线转化效率是人们关注的重点。本文以激光惯性约束聚变为主要背景,针对强激光与固体靶相互作用中的激光能量吸收及转化过程,结合理论分析和数值模拟方法,主要开展了以下工作:首先,研究了强激光与固体靶相互作用过程中激光共振吸收与真空加热的转化过渡机制。我们建立了一个自洽包含两种不同能量吸收机制的解析理论模型。研究表明,共振吸收即使在相对论强度的激光条件下也可出现,而真空加热则主要在小等离子体密度标长及强激光光强条件下起主导作用。模型阐明了两种机制间的转化过渡机理,并对比分析了两种吸收机制在最大吸收系数及吸收角分布方面的异同。其次,研究了电子密度陡化振荡效应对激光能量吸收的影响。主要考察强激光光压产生的电子密度压缩陡化效应与电子-等离子体交界面的振荡效应对现有激光吸收机制的影响,导出了电子密度陡化效应关于激光强度和初始等离子体密度的定标率,获得了激光能量吸收系数随时间振荡的演化图像。研究表明,电子密度压缩陡化效应将在一定程度上降低激光能量吸收。P极化激光的能量吸收系数将随时间作基频振荡,而S极化激光的能量吸收系数将随时间作二倍频振荡。理论结果与相关实验结果吻合较好,证明了我们所构建的模型的有效性。再次,完成了MULTI-2D程序全新激光折射、反射模块Ray_Tracing的开发。我们详细阐述了MULTI-2D程序的基本物理模型和数值算法,并重点介绍了新Ray_Tracing模块的物理建模、基本架构及典型验证算例。相比于原程序中较为粗糙的激光射线追踪近似方法,新的模块可以很好地处理激光射线的折射与反射过程,极大的增强了程序的模拟能力及适用范围。然后,基于辐射流体力学程序MULTI-2D,针对局部整体点火靶模型中的等离子体密度分布演化问题开展了理论和数值模拟研究。我们系统考察了锥靶几何构型参数和注入激光参数对产生等离子体密度分布的影响,并将新的MULTI-2D激光折射、反射模块应用于局部整体点火靶模型中,获得了激光与锥靶相互作用中的激光能量沉积及各能量项占比随时间演化规律,探索了有效抑制等离子体喷溅,延长黑腔堵口发生时间的方案。最后,提出了一个全新的双层金靶构型方案用于提升激光固体靶相互作用时的激光-X射线转化效率。研究发现,双层金靶构型方案确能有效提升激光-X射线转化效率,且转化提升主要在软X射线区域。我们考察了靶几何结构参数对X射线转化效率的影响,并给出了电子内能、离子动能及辐射能的细致能量分配占比随时间演化过程。最终发现,双层金靶构型方案对激光-X射线转化效率的有效提升主要得益于其对离子动能的有效抑制。
黄天晅, 孙可煦, 丁永坤, 易荣清, 崔延莉[9]2001年在《基频激光驱动的黑腔靶辐射温度》文中提出本课题研究黑腔靶辐射温度和X光耦合效率与靶结构及激光辐照条件的依赖关系。利用神光-Ⅱ基频光(波长1.06μm,能量3～5kJ/8束,脉宽0.6～0.9ns)辐照金柱腔靶。采用软X光能谱仪及平响应探测器分别测量黑腔靶诊断口辐射X光功率谱及其能量角分布。同时,利用五针孔时、空分辨成像技术对黑腔靶诊断口发射软X光进行实验观测,给出辐射温度推算中需要的等效诊断口面积修正因子。然后得到时间分辨的温度曲线。最后给出在神光Ⅰ和神光Ⅱ基频激光装置上黑腔靶辐射温度的实验定标律。
李正宏[10]2010年在《电磁内爆模拟技术实验研究进展》文中提出开展了中俄Z-pinch联合实验和强光一号实验,重点对双层丝阵内爆动力学模式、单层丝阵填充泡沫构建动力学黑腔及能谱相对强度的测量等进行了研究,取得了一批重要的物理研究成果。实现了双层丝阵内外层等离子体的同时内爆聚心,产生5.6 TW的峰值辐射功率,创同类装置上X
参考文献：
[1]. 黑腔X光辐射的模型分析及辐射温度的实验研究[D]. 黄天晅. 中国工程物理研究院. 2001
[2]. 我国激光间接驱动黑腔物理实验研究进展[J]. 李叁伟, 杨冬, 李欣, 李志超, 郭亮. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2018
[3]. 大尺度激光等离子体相互作用的实验研究[D]. 李志超. 中国科学技术大学. 2011
[4]. 间接驱动ICF辐射驱动对称性研究[D]. 周近宇. 电子科技大学. 2009
[5]. 不同黑腔的X光辐射和散射光特性实验研究[J]. 江少恩, 孙可煦, 杨家敏, 刘慎业, 李文洪. 原子能科学技术. 2007
[6]. 空间分辨辐射流探测技术研究[D]. 任宽. 华中科技大学. 2016
[7]. X光辐射在泡沫介质中超声速传输研究进展[J]. 江少恩, 郑志坚. 物理学进展. 2006
[8]. 强激光与固体靶相互作用中的能量吸收及转化研究[D]. 葛哲屹. 国防科学技术大学. 2015
[9]. 基频激光驱动的黑腔靶辐射温度[C]. 黄天晅, 孙可煦, 丁永坤, 易荣清, 崔延莉. 第六届全国激光科学技术青年学术交流会论文集. 2001
[10]. 电磁内爆模拟技术实验研究进展[C]. 李正宏. 中国工程物理研究院科技年报(2009年版). 2010