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
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
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
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
中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
利用激光驱动4.8 keV左右的 Ti等离子体X射线源作为背光, 通过静态成像实验研究了针孔辅助点投影诊断方法及其特点。进行了点投影技术动态诊断应用探索, 建立了光子能量约4.8 keV、时间分辨力约100 ps、空间分辨约10 μm的动态诊断实验平台。并简要介绍了此诊断平台上开展的流体力学不稳定性研究、激光加速射流、材料预压缩特性研究等一系列实验结果。
高能量密度物理 诊断技术 点投影 X射线照相 high energy density physics diagnostics point X-ray source radiography 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2345
中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
介绍了神光-Ⅱ装置配套线成像速度干涉仪光路排布、用于任意反射面的速度干涉仪系统中干涉仪结构的选择及干涉仪的调节。该仪器可以用于测量自由面速度、界面速度和透明材料中冲击波波阵面速度。该仪器的最小时间分辨力可达约20 ps, 空间分辨力高于10 μm。并在神光-Ⅱ装置上进行了动态打靶实验,实验用靶为Al-CH靶,获得了较好的实验图像,测得了CH中冲击波的平均传播速度为24.67 km/s。
速度干涉仪 冲击波 激光 多普勒 velocity interferometer shock wave laser dopple
中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所,上海 201800
建立了一套激光驱动瑞利泰勒(R-T)不稳定性正向诊断实验数据的处理流程和方法,主要包括:利用拟合背光曲线的方法扣除背光的不均匀性;采用快速傅里叶变换(FFT)方法对数据进行光滑化处理(去除高频噪声)后得到探针穿越调制靶后的强度信息;结合R-T不稳定性的物理模型,给出R-T不稳定性随时间演化的一些物理规律。并使用这套方法,对神光II装置上取得的直接驱动铝平面调制靶动态诊断实验原始数据进行了处理,并从中得到了光学厚度和增长振幅等物理量随时间的演化规律。
数据处理 瑞利泰勒不稳定性 快速傅里叶变换 激光驱动 惯性约束聚变
中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所,上海 201800
系统介绍了“神光Ⅱ”装置上线成像速度干涉仪的研制情况。根据“神光Ⅱ”靶场实际情况制定了光路排布方案,完成了成像系统的设计;根据物理需求、光路调节的难易情况、光学元件的加工难易度和加工成本等因素确定了干涉系统的结构,制定了干涉仪等光程调节方案,并获得了对比度较高的静态白光干涉条纹图像。通过调研和分析确定了任意反射速度干涉仪(VISAR)干涉图像的处理方法。
图像处理 速度干涉仪 冲击波 快速傅里叶变换 激光
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 郑州交通职业学院 机电工程系,郑州 450062
结合快点火靶丸预压缩涉及的基本物理问题,分析了驱动激光脉冲波形对材料压缩过程的影响,并利用辐射流体力学程序MULTI模拟了不同激光波形下的材料压缩情况。结果表明:通过调节激光脉冲波形,优化激光初始强度、激光强度开始上升时间和上升速度,控制压缩过程中的熵增,可以获得更高的材料压缩度。
惯性约束聚变 快点火 材料压缩 激光脉冲波形 数值模拟 inertial confinement fusion fast ignition fuel compression laser pulse shape numerical simulation
Author Affiliations
Abstract
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所高功率激光物理国家重点实验室, 上海 201800
The elliptical bent crystal spectrometer (EBCS) is coupled to X-ray CCD, and a set of system called focusing spectrometer has been developed. Optimization calculation indicates that the EBCS will allow a large measuring spectral range (0.133～0.756 nm) with crystals of practical dimensions and for a working distance of 981.56 mm to the source and have a spectral resolving power (λ/Δλ) better than 1000 as well as high signal-noise-ratio. X-ray spectrum from the laser-produced plasma has first been measured by the EBCS in the “ShenGuang Ⅱ” Facility. Some ion-like spectral lines were identified and classified. The measured energy resolution of spectrograph was also given. Such emission of resonance line, satellite line inter-combination line of like ions, and Lyman alpha line is useful for establishing the spatial distribution of electron temperature and ions density maps.
X射线光学 椭圆型晶体 诊断技术 谱分辨本领 激光等离子体 X-ray optics elliptical crystal diagnostic technology spectral resolving power laser plasma Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2008, 6(1): 198
