为了探索纳秒级激光惯性约束装置靶室内电磁脉冲(EMP)的物理规律,实验室利用自主研发的EMPIC-2D计算软件开展数值模拟研究。软件将激光与靶作用后产生的逃逸电子作为输入参数,将电磁脉冲强度随时间的变化作为输出。模拟结果发现,纳秒级激光打靶产生的逃逸电子激发的EMP的频率主要分布在0 MHz~2 GHz之间,随着出射波形宽度的变宽,纳秒级激光产生的EMP的高频信号成分减少,而低频成分变化较小;在靠近靶的位置,随着出射时间的延长(1~10 ns),电磁场峰值逐渐降低;与皮秒级激光的模拟结果比较发现,纳秒级激光产生的电磁场的强度较小,低频成分与皮秒级相似,而大于1 GHz的高频成分大量减少。

针对靶室内的强电磁脉冲(EMP)环境开展理论研究。按照物理机理的不同,将靶室内的EMP环境分为逃逸超热电子激励的EMP、腔体系统电磁脉冲(SGEMP)和线缆SGEMP三大类。分别建立物理模型和数学模型,采用时域有限差分、粒子模拟以及蒙特卡罗算法进行模拟研究,仿真与实验结果吻合较好,该结果为深入研究激光-靶物理过程的电磁现象,以及提高装置电磁兼容能力提供了技术支撑。

激光惯性约束聚变研究中，高功率激光器靶室中强激光-靶物质作用产生的高能电子的运动、X 射线与周围物质作用产生的置换电流将激励出强电磁脉冲，场强幅值高达几万V/m，频率达GHz 量级，能库等工作区域大电流、大电压的快速变化过程也将辐射电磁场，这些电磁脉冲对电子设备将产生各种电磁耦合效应，影响控制时序、测量数据的准确性，严重的甚至使仪器设备毁坏，这种电磁脉冲对生物组织具有损伤效应。本文详细介绍了国内外高功率激光装置电磁环境的理论与实验研究进展情况。