球面弯晶分析器研制

在激光聚变实验中为了获取等离子体的重要信息,采用球面弯曲晶体成像谱仪来研究等离子体辐射的X射线,利用球面弯晶对X射线进行诊断而提供时间、空间、光谱分辨。该强聚焦晶体能增强信噪比,提高谱仪的空间分辨能力及立体角收集辐射能力。实验结果表明球面弯晶分析器对波长范围为0.2~0.4 nm的X射线其分辨率可达600~1 000,聚光效率在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级以上,适合于研究等离子体X射线光谱学。     

用于神光II激光装置的X光针孔相机

研制了用于神光II激光装置的X光针孔相机。在神光II激光装置上,作为主要设备的X光针孔相机发挥了重要作用。对神光II激光装置惯性约束聚变(ICF)进行研究的X光针孔相机及利用该相机在ICF相关研究中获得典型的实验结果做了介绍。     

X射线在Au等离子体中的散射截面测量

阐述了X射线在等离子体中的散射截面研究的潜在价值及对惯性约束聚变 (ICF)研究的重要意义 ,介绍了神光Ⅱ装置上的实验方案及诊断设备靶场排布。给出了该项研究的实验结果 ,并对实验结果作了初步的分析 ;给出了实验误差的主要来源 ,从获得的结果表明有望发展一种新的等离子体状态参数诊断技术。     

用于激光等离子体X射线诊断的谱仪

为了诊断波长为0.5～0.8 nm的激光等离子体X射线,研制了一种新型的高空间和光谱分辨率的晶体谱仪.采用2个不同分光计材料、不同形状且相互垂直分布的通道可以同时获得谱线的空间和光谱分辨率.利用成像板接收光谱信号,其有效接收面积为30 mm×80 mm.讨论晶体基本参数和给出了谱仪设计参数.在中国工程物理研究院激光聚变研究中心的20 J激光器装置进行实验,两个方向的成像板同时获取得到了Al激光等离子体X射线光谱,其中水平通道的PET平面晶体获取的空间分辨率为1.73～6.88 mm,而垂直通道的Mica球面弯晶得到的光谱分辨率达到1 000～1 500.实验结果表明该谱仪适合于激光等离子体X射线的光谱学研究.     

用于神光Ⅱ激光装置的X光针孔相机

研制了用于神光Ⅱ激光装置的X光针孔相机。在神光Ⅱ激光装置上,作为主要设备的X光针孔相机发挥了重要作用。对神光Ⅱ激光装置惯性约束聚变（ICF）进行研究的X光针孔相机及利用该相机在ICF相关研究中获得典型的实验结果做了介绍。     

基于神光Ⅲ装置的光学诊断系统介绍

光学诊断系统在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)研究中具有重要的作用,可以较为直观地诊断聚变过程中的一些关键物理量和参数.本文介绍了神光Ⅲ原型和主机装置上配备的比较典型的三种光学诊断系统,包括成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)、惯性约束聚变反应速率测量系统以及背向散射光测量系统.VISAR可用于测量自由面速度和透明介质中的冲击波速度,是冲击波调速、材料压缩特性以及辐射测温研究的重要诊断技术;惯性约束聚变反应速率测量系统用于测量聚变反应的时间演化过程,是研究内爆动力学、理解混合效应的关键诊断技术;背向散射测量系统用于测量激光等离子体相互作用引起的背向散射光份额,为惯性约束物理实验激光能量与靶耦合效率参数提供了重要的数据支撑.     

激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究

激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部三维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.     

医用X射线在背散射成像中应用初探

在分析X射线背散射原理和成像机制的基础上,通过对利用医用X射线放射成像设备进行背散射信号的获取、存储及图像处理的说明,分析了医用X射线背散射成像的可行性和主要的技术方向.从理论和实验两个角度,描述了物质原子序数对X射线背散射成像的影响、试验环境的影响和噪声的产生机理及影响。实验表明,医用X射线作为对人体安全的射线源能够提供有效的信号,可以进行人体的X射线背散射成像研究。     

神光装置实验和诊断技术进展专题·编者按

正目前,随着以神光Ⅲ装置——这个世界上输出能力第二的大型激光装置的建成,我国已具备了研究极端条件下高能量密度物理领域前沿问题的条件.中国工程物理研究院(中物院)激光聚变研究中心已经在神光Ⅲ、神光Ⅲ原型以及神光II装置上开展了多年的激光惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)研究,取得了大量具有国际先进水平的研究结果,并发展了一系列达到国际先进技术水平的诊断技术.本专题将选取部分有代表性的神光     

2017年光学热点回眸

 随着激光的诞生,光学已渗透到人类生活的方方面面。盘点了微纳光学、超强激光、超分辨技术、太赫兹技术、量子计算、激光3D打印、计算光学成像技术、光通信、生物光子学、X射线成像等10个未来可能会对人类生存及生活方式产生巨大影响的光学技术研究领域在2017年的重大进展。     

基于X射线光栅相位衬度的鲫鱼无损成像研究

近年来,光栅相位衬度成像成为当前X射线成像学界的研究热点,因其与传统X光源的高度兼容性而被认为是未来临床医学无损诊断的关键技术.与现有X射线吸收衬度成像技术相比,相位衬度成像技术对软组织具有不可替代的分辨能力.基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像技术,无损研究了本地鲫鱼的鱼体结构,利用福尔马林溶液处理样品,发现成像结果清楚地显示出鱼肠组织的结构.这是第一次利用X射线光栅相位衬度成像技术观察到鱼肠组织.     

双通道椭圆弯晶谱仪分辨率的影响因素分析

双通道椭圆弯晶谱仪（以下简称TCECS）是激光惯性约束核聚变研究中非常重要的诊断仪器，通过在两个通道上同时进行X射线的空间和时间分辨测量，从而对惯性约束聚变的实验情况做出正确的判断。TCECS分辨率的影响因素较多，主要有椭圆的离心率、狭缝的宽度、光源没在椭圆的前焦点上、探测圆轴线没有通过椭圆后焦点，瞄准对中等引起的误差。本文分析了影响TCECS分辨率的主要因素，用Matlab6.1软件进行了数值计算，并提出了保证和提高TCECS分辨率的措施。     

成像板在超强激光与等离子体相互作用产生超热电子研究中的应用

成像板（image plate,IP）具有动态范围宽、量子效率高、线性度与灵敏度好以及可重复使用等优良特性,在物理实验研究中具有很大的应用潜力．将成像板技术应用于超短超强激光与等离子体相互作用实验中产生的超热电子的诊断,研究了相互作用中产生的超热电子的空间分布和能谱．该技术的引入为激光等离子体领域的研究提供了强有力的实验手段,提高了实验效率．     

八通道高分辨飞行时间谱仪系统研制

核脉冲信号的时间谱是粒子物理与原子核物理等研究领域所需获取的基本实验信息.在惯性约束聚变（ICF, Inertial Confinement Fusion）中子能谱分布的测量中要求时间分辨谱仪具有多通道同时测量的功能.为此, 研制了一套八通道高分辨飞行时间谱仪系统.该系统采用恒比定时方法进行时间检出;ACAM公司生产的TDC GP2时间测量芯片作为时间测量的核心部件;可编程逻辑器件（FPGA, Field Programmable Gate Array）通过串行外围接口（SPI, Serial Peripheral Interface）控制4片TDC GP2芯片实现了八通道时间间隔测量.使用信号发生器对系统进行了时间分辨能力的测试和标定研究, 其电子学时间分辨率可达60ps.     

激光产生的硅等离子体辐射动力学特性研究

本文从实验和理论两方面系统研究了真空环境中激光产生的硅等离子体的辐射动力学特性.实验上利用时间-空间分辨的激光等离子体发射光谱技术,测量了激光产生的硅等离子体极真空紫外波段的光谱,并对光谱进行了分析指认.为了进一步研究实验光谱的时空演化特性,提出了一种简化的基于流体动力学和辐射输运方程的等离子体辐射动力学模型,利用该模型研究了激光产生的等离子体的辐射特性和动力学演化行为,并对实验观测到的时空分辨光谱进行了模拟,详细分析了等离子体的温度、密度和离子布居的时空演化特性.研究结果表明,本文提出的模型能够较好地反映激光等离子体的动力学演化过程以及辐射光谱的特征,可以作为一种有效的激光等离子体诊断工具.     

我国激光惯性约束聚变实验研究进展

介绍国内自2000年以来的激光惯性聚变（inertial confrnementfusion,ICF）实验研究进展,主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验,也对刚建成不久的神光III原型装置上的实验作简要介绍。在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究,进行了系列综合和分解实验,获得的主要实验技术指标为：黑腔峰值辐射温度超过二百万度;辐射驱动DT聚变中子产额达10^8和辐射驱动压缩DD燃料密度超过10倍液氘密度;辐射不透明的样品温度接近100eV。在神光Ⅱ装置上得到这些结果表明国内在惯性约束聚变研究方面取得了显著的进步。随着神光Ⅲ原型装置建造的完成,2007年在该装置上进行了首轮物理实验,开展了黑腔物理和辐射内爆物理实验,首轮实验的成功说明神光Ⅲ原型装置已具备实验能力。     

基于CCD的软X射线成像系统研究

随着空间科学技术的发展,空间科学试验对样品的检测技术提出了新的要求,不但要求能在线检测样品,而且还能实时分析实验进程与样品变化。通过对软X射线实时成像技术的研究,从软X射线源、软X射线转换装置、CCD驱动电路、信号采集电路等方面提出在空间开展软X射线成像实验的技术途径和实现方法,为空间科学实验的在线无损检测创造技术条件。     

强激光的靶面均匀辐照和光束匀滑技术

惯性约束核聚变（ICF）的研究对解决当今世界面临的能源危机具有重要意义.为实现ICF聚变点火,要求聚焦到靶面的强激光具有很高的均匀性.分析了实现激光光束匀滑和靶面均匀辐照的几种主要技术方案的原理和方法,得出各技术手段的性能特点及适用条件.     

X射线成像技术的发展现状和趋势

医学影像学一直是诊断技术的热点 ,X射线成像设备是目前医学成像的主流设备之一 ,传统平面成像正受到新兴数字成像技术的挑战。基于 X射线穿透性成像技术的关键是 X射线发生器、探测器和成像软件的开发与改进 ,未来基于 X射线成像技术的趋势是在减少对患者的辐射剂量的同时 ,提取和处理更多的有效信息 ,为医生提供更准确、分辨率更高的医学影像。     

快Z-箍缩——有前景的聚变能源新途径

简要介绍了快Z?箍缩的基本概念;综述了快Z?箍缩等离子体研究及其作为高能密度物理与惯性约束聚变（ICF）,尤其作为低成本聚变能源研究的最新进展;探讨了快Z?箍缩驱动ICF作为聚变能源可能遇到的技术问题及应用前景。