1 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
2 北京大学 应用物理与技术研究中心 高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室工学院，北京 100871
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
4 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所，上海 201800
5 中国矿业大学（北京），北京 100083
6 中国海洋大学 数学科学学院，山东 青岛 266100
7 安徽大学 物理与材料科学学院，合肥 230039
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。
激光聚变 惯性约束聚变 流体力学不稳定性 高能量密度物理 非线性流动 辐射流体力学 内爆物理 laser fusion inertial confinement fusion hydrodynamic instability high-energy-density physics nonlinear flow radiation hydrodynamics implosion physics 强激光与粒子束
2021, 33(1): 012001
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics, Shanghai 201899, China
2 National Laboratory on High Power Lasers and Physics, Shanghai 201899, China
An aberration-free imaging technique was used to design a double-spherically bent crystal spectrometer with high energy and spatial resolutions to ensure that the individual spectral lines are represented as perfectly straight lines on the detector. After obtaining the matched parameters of the two crystals via geometry-based optimization, an alignment method was employed to allow the spacing between the crystals and the detector to be coupled with the source. The working principle of this spectrum-measuring scheme was evaluated using a Cu X-ray tube. High-quality spectra with energy resolutions (E/ΔE) of approximately 3577 were obtained for a relatively large source size.
double-spherically bent crystal aberration-free imaging X-ray spectra Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 061101
中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
基于神光Ⅱ升级装置,研究了纳秒/皮秒双束激光联合驱动双层靶的伽马(γ)辐射特征。利用ns束激光与CH薄膜靶相互作用,产生大尺度近临界密度等离子体,然后将ps束激光作用在该等离子体上,产生高能电子,高能电子穿过2 mm厚的Au靶,通过轫致辐射产生γ射线。对不同方向的γ辐射能谱和靶室外的γ辐射剂量分布进行实验测量,发现γ辐射集中在激光前冲方向,具有较小的发散角,而且在该方向上高能段的γ辐射较强。这说明双层靶的设计可以提高ps束激光与等离子体的能量耦合效率,提高高能电子温度,增加高能电子数目,有利于高能段γ辐射在ps束激光的前冲方向集中。另外,在靶室外距离靶点1.25 m处测到的50 keV以上γ辐射的单发次最大剂量为277 μGy。本研究结果对γ辐射的防护和应用具有参考价值。
激光器 双层靶 γ辐射; 能谱 剂量 角分布
中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
数千电子伏特(Multi-keV)量级的X射线背光成像是高能密度等离子体物理实验中常用的一种诊断技术。在神光II激光装置上, 研究了纳秒激光驱动钛4.7 keV波段及氯2.7 keV波段背光面源的性能。研究结果表明, 氯背光能谱以类He线及类H线为主, 其中2.7 keV波段的类He-α线最强; 在当前神光II激光加载能力下, 氯背光面源相对强度超过钛背光面源一个量级, 因此, 可选用氯He-α线的X光探针进行背光诊断。
X射线光学 背光面源 等离子体 K壳层能谱 氯
中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所， 上海 201800
利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统(该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计)，以强激光加载铝材料冲击温度的测量，获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像，结合灰体辐射理论模型，计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV，该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度，为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。
冲击温度 状态方程 强激光加载 灰体辐射 发射率 shock temperature equation of state high-power laser-driven gray body radiation emissivity 强激光与粒子束
2016, 28(4): 042002
Author Affiliations
Abstract
1 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
2 中国工程物理研究院 材料研究所, 四川 绵阳 621700
High-power laser induced shocks were used to study spall fracture of polycrystalline aluminum at strain rates more than 106/s at “Shenguang-Ⅱ” laser facility.The free surface velocity histories of shock-loaded samples,150 μm thick and with initial temperature from 293 K to 873 K,were recorded using velocity interferometer system for any reflector(VISAR).From the free surface velocity profile ,spall strength and yield stress are calculated,which shows that spall strength declines while yield strength increases with initial temperature increasing.The loaded samples were recovered for metallographic analysis through Laser Scanning Confocal Microscopy.It is found that there are more micro-voids and more bigger voids near the spall plane.Meanwhile,the grain size increases with temperature slowly except the sharp change at 893K(near melting point).Besides,the fracture mechanisms change from mainly intergranular fracture to transgranular fracture with initial temperature increasing.
强激光 高应变率 层裂 速度干涉仪 金相分析 high-power laser high strain rate spall fracture velocity interferometer system metallographic analysis Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2015, 13(1): 071006
Author Affiliations
Abstract
1 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
2 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
To probe the electron density distribution of the plasma,double-frequency grating shearing interferometry based on the soft X-ray laser technology is developed.The 13.9 nm Ni-like Ag soft X-ray laser is used as a probe to make attempt on the diagnosis of laser produced plasma from a planar gold wafer target.Clear interference fringes image is achieved,which fully demonstrates the practicability of this technology.However,there are some problems such as the unclear target surface in the image.Analysis indicates the main reasons of these problems and a reasonable solution is proposed to improve this technology.
等离子体诊断 干涉技术 软X射线激光 diagnoses of plasma interference technique soft X-ray laser Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2015, 13(1): 062003
Author Affiliations
Abstract
An experimental research platform is built on Shenguang II high power laser facility for obtaining the equation of state of liquid deuterium which has ability to control the temperature in a range of 12–300 K with an accuracy of ±0.03 K in 80 min. By optimizing the coating processing and cleaning the target, we solve the problems that the residual reflection is too high and serious frosting takes place on the window of the target at low temperature, then we obtain the experimental image with a good signal-to-noise ratio. By using the impedance matching method and velocity interferometer system for any reflector, experimental Hugoniot data of liquid deuterium are obtained at a pressure of about 60 GPa under the output condition of 3ω, 3 ns, 1200 J on Shenguang II high power laser, which agrees well with the other published data in the same pressure regime and provides a good foundation for the next experimental study of liquid deuterium equation in 100 GPa pressure regime.
液氘 状态方程 冲击波 信噪比 liquid deuterium equation of state shock wave signal-to-noise ratio Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2015, 13(1): 166401
1 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
2 中国工程物理研究院 材料研究所, 四川 绵阳 621700
在神光-Ⅱ装置上利用强激光加载铝材料进行高应变率(高于106s-1)层裂实验,研究不同初始温度下高纯铝材料的动态损伤特性.采用任意反射面速度干涉仪测量样品自由面速度剖面,由自由面速度剖面计算纯铝样品层裂强度与屈服应力.结果表明:随着温度升高,材料层裂强度减小,屈服应力增大.对激光加载前后样品进行金相分析,观察不同初始温度下纯铝材料的微介观结构变化及其损伤特性.结果表明:随着温度升高,样品晶粒尺度缓慢增大,但在873 K(近熔点)时晶粒尺度急剧增加;层裂面附近小孔洞数目较多,孔洞尺寸也较大,而远离层裂面处,孔洞数目相对较少,且尺寸也较小;材料的断裂方式随温度升高由沿晶断裂为主逐渐变为穿晶断裂为主.
强激光 高应变率 层裂 速度干涉仪 金相分析 high-power laser high strain rate spall fracture velocity interferometer system metallographic analysis 强激光与粒子束
2015, 27(7): 071006
1 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
2 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
针对高温稠密激光等离子体临界密度附近电子密度的诊断需求,发展了基于软X射线激光的软X射线双频光栅干涉诊断技术.利用波长13.9 nm的类镍银软X射线激光作为探针,掠入射式的双频光栅作为分光干涉元件,对激光辐照金平面靶产生的等离子体进行诊断尝试.实验获得了清晰的干涉条纹图像,充分表明该技术的实用性.但结果中存在靶面不清晰等问题,为此,提出了初步的解决方案.
等离子体诊断 干涉技术 软X射线激光 diagnoses of plasma interference technique soft X-ray laser 强激光与粒子束
2015, 27(6): 062003
