X射线荧光成像技术具有局域探测能力,适合诊断复杂几何构型流体运动,在实验室天体物理、惯性约束聚变等高能量密度物理领域具有重要的应用前景。基于神光Ⅲ原型激光装置,开展了X射线荧光成像的原理验证实验。实验采用聚4-甲基-1-戊烯泡沫掺杂TiO2纳米颗粒为静态客体,以钒等离子体辐射为荧光泵浦源,以平晶谱仪为分光和成像设备,成功获得了钛原子K壳层荧光的一维空间分辨强度轮廓。基于荧光产生和平晶成像原理,对荧光信号强度进行了定量估算,结果表明,模拟和实测荧光强度轮廓符合较好。该工作可为X射线荧光成像技术在复杂几何构型流体实验中的应用提供参考。

Charged particle diagnostics is one of the required techniques for implosion areal density diagnostics at the SG-III facility. Several proton spectrometers are under development, and some preliminary areal density diagnostics have been carried out. The response of the key detector, CR39, to charged particles was investigated in detail. A new track profile simulation code based on a semi-empirical model was developed. The energy response of the CR39 detector was calibrated with the accelerator protons and alphas from a 241Am source. A proton spectrometer based on the filtered CR39 detector was developed, and D–D primary proton measurements were implemented. A step range filter spectrometer was developed, and preliminary areal density diagnostics was carried out. A wedged range filter spectrometer array made of Si with a higher resolution was designed and developed at the SG-III facility. A particle response simulation code by the Monte Carlo method and a spectra unfolding code were developed. The capability was evaluated in detail by simulations.

在神光Ⅲ主机装置上，利用已经建成的两个激光束组，开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验，是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400 μm×2100 μm黑腔，500 μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料，激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明，实验黑腔的耦合效率约为50%；使用的黑腔偏长，靶丸被压缩为“薄饼形”；中子产额和激光能量正相关；中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。

在神光Ⅲ原型装置上利用八路6400 J/1 ns激光注入1100 μm×1850 μm的黑腔内产生210 eV的高温辐射场,均匀辐照填充氘氘燃料的靶丸实现内爆.实验中选择高气压薄壳靶丸实现纯冲击波聚心内爆.通过闪烁体探测器、中子条纹相机等多套诊断设备获取了中子产额、聚变反应时刻等关键内爆参数.结合一维数值模拟表明,实验测量的中子产额与干净一维数值模拟计算的中子产额之比达到90%;同时通过人为破坏内爆对称性等方式表明,该设计下内爆中子产生机制集中于冲击波聚心,其内爆性能受到高维因素影响极低,从而实现了准一维内爆.

基于X光微点源装置,从实验角度验证了半影成像的原理.利用针孔成像,直接测量了微点源源区图像;给出了半影孔成像、半影锥成像和环孔成像原理,以及在微点源的半影成像结果和维纳滤波重建结果.从实验结果可知:半影锥成像具有与半影孔成像相同的诊断能力,两种方法的重建图像尺寸与源尺寸一致;环孔成像的诊断能力更好,重建图像的尺寸和形状更接近源图像.

激光间接驱动惯性约束聚变利用辐射烧蚀驱动靶丸球形内爆, 在减速阶段将内爆动能转化成热斑内能, 同时压缩燃料, 达到点火条件, 实现聚变点火。根据目前认识, 影响内爆压缩过程的主要因素包括内爆对称性、燃料熵增因子、内爆速度和混合。内爆物理实验研究的目的是发展对上述影响因素的实验表征方法, 获取这些影响因素随靶设计参数的变化规律, 建立相应的实验调控能力, 最终达到不断提升内爆性能的目的。为此, 在内爆对称性方面, 开展了Bi球自发光实验, 用于研究点火脉冲前2 ns驱动不对称性; 在内爆速度方面, 开展了球面弯晶单能流线实验, 测量得到内爆速度和剩余质量随时间的变化; 在混合方面, 开展了内壳层示踪涂层内爆混合实验, 测量得到环形发光图像。为考察综合内爆性能, 在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上开展了DT内爆实验, 获得了中子产额随初始靶参数的变化规律。

基于单能质子对CR39的标定实验,利用获取的响应曲线,设计了一种内爆初级质子的直接测量方法。在内爆初级质子产额较低的情况下,该方法可获得更多的计数。对实验中的噪声信号排除做出了说明,并对其背景噪声来源进行了分析,以提高实验数据的精确性。利用标定数据,对CR39上观察到的径迹进行鉴别,确定质子径迹并测量其径迹参数,从而确定质子能量。在随机扫描的约300个显微镜视场中获得了200个质子径迹数据,并通过与标定数据比对,获得了它们各自的能量,再利用蒙特卡罗程序Geant4修正铝膜的岐离,最终确认本次内爆实验初级质子的能谱峰值应该在2.4~2.6 MeV之间,据此换算到靶丸面密度为7~8 mg/cm2,为实验结果的进一步后续分析提供了依据。

基于神光Ⅱ激光装置, 利用第九路激光与金属靶Pd作用产生了能谱在2.9~3.6 keV的X射线源, 其转换效率达到8%。通过多角度带通XRD测量其发射角分布, 其分布满足cos1/3θ的规律。研究结果表明, Pd X射线源具有高亮度以及能点适中的特性, 可以应用于惯性约束聚变、天体物理等前沿科学研究。