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。

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。

针对半影孔加工和检测困难的缺点，设计了半影锥成像系统。根据神光Ⅲ主机装置中子产额条件，确定成像系统排布参数；根据点扩展函数的尖锐性和等晕性要求，确定半影锥参数；模拟半影锥系统的分辨率，以及在不同加工精度、偏心误差、旋转误差和物距误差时，对成像质量的影响。模拟结果表明，系统分辨率能达到15 μm，半影锥椭圆度的加工误差要小于0.1，瞄准的偏心误差要小于60 μm，旋转误差要控制在0.35 mrad以内，物距误差要控制在1 mm以内。

利用再发射技术能够有效测量早期辐射驱动对称性。2011年在神光Ⅱ激光装置上，采用Bi替代靶，通过改变靶丸的支撑方式和优化探测器配置，利用分幅相机获得较高信噪比的Bi球表面再发射图像。利用实验结果获得了入射流不对称性P2分量随时间的变化，对比两种腔长的黑腔，P2分量随时间的变化存在明显差别。两种腔P2分量随时间的变化趋势与采用视角因子模拟的结果基本一致。