为提高强激光场与惰性气体靶作用产生的孤立阿秒激光脉冲的能量, 给出了一种实现高次谐波过程中最佳谐波相位匹配的定量实验方法。研究了气体靶源与高斯型驱动激光场聚焦点相对空间位置对谐波相位匹配及谐波产率的影响, 得出了其最佳相位匹配位置始终位于驱动激光场聚焦点后3～5 mm, 而在聚焦点之前的位置区域, 严重的高次谐波相位失配导致谐波产率非常低。同时, 在最佳相位匹配条件下, 高次谐波场与驱动场具有相类似的空间强度分布特性, 该结果印证了目前通常采用的高次谐波场为高斯光束的假设。

中性束注入是等离子体加热和电流驱动的最有效方法之一。 中性束注入的三个基本过程为: 离子束的产生, 离子束的中性化和中性束的传输, 其中, 离子束的中性化是关键环节之一。 对于EAST-NBI气体中性化室而言, 中性化室内气体靶厚度会直接影响离子束的中性化效率, 而且还会进一步影响到中性束的传输效率。 基于多普勒频移效应, 提出了一种新的诊断气体靶厚度的方法, 并且已经被应用于EASTNBI测试平台上。 该方法主要是基于中性束的束成分随气体靶厚度的演化过程, 利用中性束发射Dα光谱线强度完成计算。 因此, 它被应用于中国科学院等离子体物理研究所EASTNBI装置上。 在中性化室出口处的观测窗口上进行测量, 在束能量为40~65 keV时, 气体靶厚度值为(0.16~0.22)×1016 cm-2, 随着引出束流的变化, 气体靶厚度随之改变。 根据质量守恒定律, 对中性化室内的气体靶厚度进行一个粗略的估算, 估算的结果与测量的结果基本保持一致, 从而证明了该诊断方法的合理性。 综上, 实验结果表明, 该种基于多普勒频移效应的光谱诊断法可以被用于测量中性化室内的气体靶厚度。

氢同位素的定量分析与监测在能源与环境领域都有着重要的意义。 激光拉曼光谱由于其可以无损分析氢同位素分子, 已经成为一种重要的方法, 在国际热核聚变实验反应堆(ITER)和美国萨凡纳河工厂得到了广泛应用。 利用高压充气装置得到了惯性约束聚变(ICF)高压靶丸, 并对靶丸内气体进行原位拉曼光谱测量, 通过对高压下氘氚混合气体的拉曼光谱进行分析得到了靶丸内气体的成分比例, 验证了靶丸充气工艺参数。 实验表明, 在CCD的积分时间延长到1 min时, 氘(DD), 氘氚(DT)和氚(TT)的测量精度可以达到1%, 同时对不同时刻靶丸内气体组分的拉曼光谱进行测量, 实验结果表明在氘氚渗透和氚衰变两者共同作用下, 靶丸内总气体压力随时间不断下降, 但是气体组成基本不发生变化。

在拍瓦级飞秒激光装置上完成了两轮激光驱动甲烷气体靶的实验, 用产生的X光源配合SCCD(转换屏+CCD相机)对小型金属器件背光成像, 采用经验公式和PIC数值模拟方法分别预估了超热电子温度, 得到X光能量分别为377 keV和130 keV, 据此两轮实验分别选择1.3 mm和0.8 mm厚度的轫致辐射体。分析比较了两轮实验背光成像质量。通过对次轮实验图像中铝、铜金属台阶灰度值曲线的分析求得X光的能量分别为49 keV和92 keV, 这表明采用PIC数值模拟方法得到的X光能量更加符合实验结果。

利用一维数值模拟分析解释了神光Ⅲ原型高中子产额内爆实验中核反应速率的双峰现象。双峰现象的出现是内爆中核反应区能量竞争的结果。在核反应期间反应区离子的增能机制主要是压缩做功，能量耗散机制主要是离子-电子的库仑碰撞。冲击波在DT燃料中的来回反射，使得核反应区的压缩做功出现强弱交替。压缩做功与库仑碰撞能耗的竞争导致反应区离子内能出现上下波动，使得核反应速率出现双峰现象。实验测量的核反应速率峰值时间与数值模拟结果相一致。

利用流体力学计算软件对两种结构气体靶进行了数值模拟和分析。对于充气型毛细管气体靶，在充气达到稳定状态后，形成稳定的层流。气体密度的空间分布均匀，两进气口之间的密度不均匀性仅约1%。毛细管的结构参数如进气口的位置和宽度对气体密度分布的边缘有较大影响，但是对管内气体密度分布影响很小。采用锥形喷气靶可使气体密度分布的边缘更陡些，但是这种靶的超声流动可出现湍流，导致不稳定的气体流动以及更不均匀的气体密度分布。

利用整形脉冲驱动内爆是实现燃料高收缩比压缩的有效方法。单脉冲辐射驱动冲击波压缩气体靶动力学过程可分为冲击波压缩、近等熵压缩、压缩降温和膨胀降温4个阶段,其中近等熵压缩阶段是获得燃料高密度的关键。通过改变第一个台阶结束时间,可找到合适的双台阶辐射整形脉冲驱动内爆,获得比单一脉冲驱动更高的压缩密度。数值模拟结果显示:利用第1个台阶产生的冲击波多次压缩燃料,同时逐步提高燃料区压强,这样第2个冲击波传入燃料区时的强度很弱,几乎不引起熵增,但能进一步压缩燃料。同样的原理可推广到多台阶整形脉冲驱动内爆压缩研究中。

在激光与物质相互作用的实验中，气体靶通常由超声速喷嘴在高背压下向真空中高速喷射气体产生。激光与气体靶相互作用时确定打靶条件对整个实验有着十分重要的意义。为了得到不同实验条件下气体靶密度的分布特性，采用马赫－曾德尔干涉法测量了气体靶密度分布，获取了干涉图样。使用基于傅里叶变换的条纹处理方法测得的干涉图样，得到不同实验条件下气体分子密度的全空间分布。实验表明：用M－Z干涉仪测量超声速气体喷嘴产生的气体靶密度分布十分有效。基于傅里叶变换的条纹处理方法具有精度高、实时性好的优点，为打靶时气体靶密度的实时测量提供了可能。

在"星光-Ⅱ"激光装置上,聚焦1.06 μm激光束于真空室内氪气体喷射靶上,产生氪元素激光等离子体.用PET(2d＝0.8742 nm)平晶谱仪测量了氪激光等离子体5.25～7.55 范围的X射线发射谱.基于准相对论多组态理论,考虑了CI作用和Breit修正,采用COWAN程序计算了氪的类C到类Mg离子3-2和4-2共振跃迁波长和跃迁几率.16条氪的类N至类F离子 - 共振线得到辨识和归类.本工作对于积累氪元素离子谱线数据具有重要的意义.

采用了1维简单模型来模拟气体靶的空间密度分布情况,并且该计算值得到了实验的验证.使用M-Z干涉仪诊断锥型喷嘴喷射的气体靶密度分布,得到了不同压力和不同延时下的干涉图样.自行编写了实验数据处理程序,得到了不同情况下气体密度的空间分布.在相互作用实验中,由气体分子密度随压力的变化,可以确定合适的压力,以获得预期的气体靶密度;由气体分子密度随时间的变化,可以确定激光与气体的作用时刻.