基于皮秒拍瓦激光产生的高能X射线源具有强度高、脉宽短、焦点小的特点,利用这种X射线源发展出来的高时空分辨率X射线点投影背光照相是强加载条件下材料动态响应,以及惯性约束聚变等高能量密度物理研究中亟需的重要诊断技术。目前,研究人员主要依靠TITAN、OMEGA-EP和神光Ⅱ升级等大型皮秒拍瓦激光装置,对皮秒拍瓦激光与固体靶相互作用产生的X射线的能谱、转换效率、分辨率等关键参数进行了研究,发展了点投影背光照相技术,并开展了动态演示实验,成功获得了惯性约束聚变内爆过程和冲击加载材料微喷过程的演示图像。

面向背光照相技术是诊断惯性约束聚变（ICF）中瑞利-泰勒（RT）不稳定性的重要方法，讨论了利用该技术对球形靶丸扰动幅度测量时由于收缩几何效应带来的影响。通过计算，分析了一个简化模型下扰动振幅的实际值和测量值，讨论了偏移距离、靶丸外半径、扰动波长和扰动振幅等因素对实验结果相对误差的影响。计算表明，合理选择这些参数能使诊断的系统误差小于3%，而且可通过计算模型对测量结果进行修正。研究结果可为即将开展的神光III激光装置上的收缩几何烧蚀RT不稳定性实验参数设计和结果分析提供依据。

利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载，另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相，结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片，标准丝阵检验表明分辨率优于40 μm。铝靶微层裂产物照片清晰显示，靶破碎存在不同分区， 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。

在聚龙一号脉冲功率装置上首次完成了对带正弦扰动铝套筒Z箍缩的X射线背光照相实验。实验采用千焦耳激光器(1053 nm,1 kJ,1 ns)驱动固体靶材产生X射线,然后利用基于球面晶体的单色背光照相技术以及直接点投影背光照相技术,成功观测到约7.5 MA电流驱动条件下,Z箍缩铝套筒的外边界不稳定性发展情况。该实验验证了在聚龙一号装置上联合千焦耳激光器开展X射线背光照相实验的能力,为后续精密Z箍缩物理研究奠定了基础。

以带通平响应为优化目标，通过残余响应、带外残余响应相对误差以及残余响应平整度3个参数来优化滤片的厚度，设计了一套共有7个能量通道、连续覆盖18~88 keV能谱范围的Ross滤片谱仪。该谱仪能量通道宽度在2~20 keV之间。多数能量通道的带外残余响应相对误差低于10%，残余响应平整度优于20%。将该谱仪应用于微聚焦X光机上的高Z金属球壳高能X射线背光照相实验，结果表明：在不同的实验条件下，Ross滤片谱仪测得的能谱形状与理论模型给出的结果符合较好，测得的能谱不仅能够很好地解释背光照相图像，而且可用于根据图像反推客体的面密度。

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。

基于X-pinch软X射线辐射点源对直径10 μm钨丝单丝以及8 μm钨丝双丝电爆发展过程进行了背光成像研究，实验平台为清华大学电机系研制的脉冲功率装置PPG-1(500 kV/400 kA/100 ns)。成像光路安排为: 作为X射线源的X-pinch和作为目标物的钨丝分别安装在装置的输出主电极阴阳极之间和回流导电杆处，成像胶片采用高分辨率、高灵敏度的X光胶片。利用自行设计的电流传感器和罗氏线圈对目标物实际流过的电流进行监测，从而计算得8 μm钨丝丝爆过程中电导随时间变化的曲线。为了观测电爆金属丝质量密度分布的演变过程，设计了μm级厚度的阶梯光楔。通过大量成像实验，获取了丝芯膨胀、晕层等离子体形成及其向外扩张等过程的相关物理图像以及基于原始胶片绘制的质量密度分布图。

建立了背光照相的模拟手段, 研究了记录屏像素尺寸、背光强度分布、背光光谱非单色、针孔弥散及针孔形状对惯性约束聚变中常用塑料球壳的阿贝尔密度反演的影响。结果表明：较大的记录屏像素尺寸会掩盖密度分布的细节; 高斯型的背光空间分布会使密度分布低于真实值, 可能导致非物理的负密度分布; 采用Mo的L带谱线作为背光源也会导致反演密度偏离真实值; 当壳层厚度小于针孔尺寸时, 针孔弥散效应会显著降低峰值密度, 利用维纳滤波法处理背光图像后密度反演的结果得到明显改善; 相同针孔面积条件下, 椭圆形针孔给出的峰值密度要低于圆形针孔的结果。

在激光惯性约束聚变实验研究中，诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源，对内爆球壳进行瞬态辐射照相，进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序，对快点火X射线背光照相进行了研究，模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响，对于快点火实验中微米尺寸塑料小球，进行了诊断方案优化。模拟结果表明，综合考虑光通量及成像空间分辨，针孔半径为10 μm时成像效果最佳；此时，采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。