在神光-Ⅱ高功率激光装置上,以束匀滑的第九路钕玻璃二倍频激光均匀辐照薄层铝埋点靶,通过激光烧蚀作用产生较均匀的铝高温等离子体,用平面晶体谱仪在靶面前向和切向同时测量了X光发射谱信号,并将前向发射谱进行了定量化还原处理.利用辐射流体力学程序MULTI-1D首先对等离子体状态进行了模拟计算,然后采用基于碰撞辐射模型的光谱程序对该状态下的光谱开展了计算,并将实验测量光谱与理论计算光谱进行了比较和分析,符合得较好.

提出了一种薄埋点靶:直径为200 μm、厚度为0.1 μm的铝点埋在20 μm厚的CH膜底衬中,表面再覆盖0.1 μm厚的CH膜.在星光Ⅱ激光装置上利用束匀滑激光打该埋点靶,在靶前向采用胶片记录的晶体谱仪测量铝离子K线谱,获得了铝离子K线谱半定量实验结果.并开展了非平衡铝等离子体发射光谱的理论计算分析.研究结果表明:采用单一等离子体状态且不考虑自吸收效应模拟计算获得的理论谱与实验谱符合较好,通过激光打薄埋点靶能够产生均匀的用于研究离化动力学和原子结构计算理论的光性薄高温等离子体.

铝Ka吸收谱是诊断辐射加热等离子体温度的重要方法之一.在星光Ⅱ激光装置上,利用激光金膜相互作用产生的X光辐射加热其背侧的铝夹层样品,采用天津Ⅲ号胶片记录的PET晶体谱仪测量了不同激光和样品参数条件下的铝Ka吸收谱.实验观察到非常清晰的类氦到类氟铝离子Ka吸收谱线,采用细致组态模型开展了铝Ka吸收谱的模拟计算,模拟计算结果与实验结果符合得较好,研究结果可应用于辐射不透明度样品温度诊断.

采用准相对论性Hartree-Fock-Relativistic方法与不可分辨跃迁组模型相结合,对Au和Ta元素的类Ni离子的双电子复合速率,以及Au元素类Cu离子的电子碰撞激发速率进行了计算.计算结果表明,对于Au类Ni离子的3d10-3d94l5f-3d104l双电子复合过程以及类Cu离子的3d104l-3d94l5f电子碰撞激发过程,当电子温度高于1.0 keV时,电子离子碰撞激发速率随电子温度增加而增加,双电子复合速率随电子温度增加而减小,并且电子碰撞激发对谱线辐射的贡献要比双电子复合大得多.

为了测量更广能量范围的等离子体辐射的硬X射线轫致辐射光谱,以获得激光等离子体超热电子能谱的特性,基于柱面弯曲晶体的分光原理,提出了透射晶体谱仪。为满足实验中光源到谱仪距离不同的需要,设计了Johann型可调节透射晶体谱仪。谱仪中的会聚狭缝设计成可移动的,位置随着光源到谱仪距离的变化而改变。通过理论计算获得了会聚狭缝位置变量与光源距离变化之间的关系,得出小角度(小于0.2 rad)入射时能够保证入射光线经过晶体后近似会聚于一点,并对谱仪具体设计时遇到的一些问题,给出了初步的理论分析和看法。该谱仪中会聚狭缝的可调节解除了谱仪到光源距离固定的限制；前端晶体的可更换,也增加了谱仪测量的灵活性。

报道了神光Ⅱ激光聚变实验中内爆燃料靶丸区电子温度、电子密度以及燃料面密度的X光诊断结果.在电子温度诊断中,采用X射线光谱学方法,根据聚变靶丸燃料区的Ar示踪元素的Ly-β线与He-β线的强度比推断出靶丸燃料区电子温度为(950±100) eV;在电子密度诊断中,利用靶丸燃料区Ar元素的He-β线Stark展宽确定聚变靶丸芯部的电子密度为(0.9±0.2)×1024 cm-3;在燃料区面密度诊断中,利用X光单能照相技术获得了内爆靶丸的燃料面密度为(3.2±0.5) mg/cm2.

提出一种测量金激光等离子体电荷态分布与平均电离度的X射线光谱学诊断方法.该方法基于稳态碰撞-辐射近似,考虑电子离子直接碰撞激发与双电子复合两种激发态布居方式,建立了金M带5f-3d跃迁组辐射总强度与离子态分布的耦合方程.根据实验测量的金平面靶激光等离子体冕区辐射的5f-3d跃迁线系的强度分布,诊断得到了金激光等离子体的电荷态分布与平均电离度.此外,还分析了电子温度、电子密度以及双电子复合过程对电荷态分布及平均电离度诊断的影响,并将实验诊断结果与辐射流体力学理论模拟结果及离化平衡动力学计算结果进行了对比分析.结果表明:实验诊断结果与基于CRE近似的离化平衡动力学计算结果近似;当电子温度高于1.5 keV时,双电子复合过程对电离度?恼锒辖峁跋旖闲?

将门控分幅相机与平面晶体谱仪耦合,构成时间分辨光谱测量系统,对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量,获得了相对入射激光延迟约1ns,积累时间约200ps的光谱信号.利用稳态碰撞 辐射平衡(CRE)近似条件下的等离子体光谱辐射动力学模型,给出了Al激光等离子体Ly-β线与He-β线强度比以及Ly-γ线与He-γ线强度比与电子温度的函数关系.在此基础上,根据实验谱线强度比,得到激光强度为2.319×10¹⁴,1.937×10¹⁴和3.946×10¹⁴W/cm²时,等离子体冕区电子温度分别为1.190(1±27%),1.165(1±27%)和1.525(1±27%)keV.

采用国内首次研制出的2 000线/mm的自支撑透射光栅配上背照射软X光CCD(charge-coupled device)组成了高谱分辨透射光栅谱仪.通过实验标定和理论模型计算相结合得到了高线对透射光栅的绝对衍射效率;同时建立了透射光栅谱仪测谱解谱方法,编制了相应的解谱程序.在"神光"激光装置上利用该谱仪通过激光打靶实验获得了金腔靶注入口发射的X光能谱定量实验结果,实验结果表明,该谱仪测谱范围在高能区达到6 000eV,谱分辨达到0.1nm,能够清晰地分辨金等离子体M带三峰分布X光谱结构.

在星光II激光装置上,采用PET平面晶体谱仪与宽20μm的狭缝构成一维空间分辨光谱测量系统,对金平面靶激光等离子体进行观测,获得了沿靶面法向一维空间分辨的金M带发射谱.在实验谱中观察到了Au元素类Ni离子的电四极跃迁线3p⁶3d¹⁰(¹S₀)-3p⁵3d¹⁰4d(3/2,5/2)J=1.利用电四极跃迁线对电子密度的敏感特性,开展了金激光等离子体电子密度诊断的尝试,确定出利用该谱线进行电子密度诊断的有效范围大致在10¹⁹～4.5×10²¹cm^-3之间.