超高压高精度激光状态方程实验测量

材料高压下的状态方程（EOS）在天体物理、材料科学和惯性约束聚变（ICF）等研究领域中都是十分重要的。2004年在“神光”-Ⅱ装置上进行了单路倍频激光直接驱动的Al-Cu阻抗匹配靶实验和Cu-Al阻抗反匹配实验，目的是提高冲击波速度的测量精度和准确性，同时校验测量方法的实用性和可靠性。     

聚苯乙烯泡沫材料性能研究

研究了聚苯乙烯（PS）泡沫的液体（无水乙醇）浸润性能和动态机械性能。实验发现：液体在泡沫中的浸润高度与时间的1/2次方成正比,泡沫的压缩模量随温度的降低而升高,随泡沫密度的减小而降低。     

激光脉冲波形优化与材料压缩特性

 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。     

激光脉冲波形优化与材料压缩特性

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。     

利用脉冲负反馈压缩准分子激光脉冲

 分析了准分子激光脉冲在放大过程中的展宽现象。将饱和开关技术应用于放电泵浦激光器放大腔的放大压缩,发展了脉冲负反馈饱和压缩技术。利用该技术在天光一号系统前端LPX-150激光器上成功获得能量100 mJ、脉宽10 ns的脉冲输出,其空间分布均匀性保持在3%以内。这证明该技术可与无阶梯诱导非相干技术联合使用,在保证光束均匀性基础上进行脉冲压缩。     

利用脉冲负反馈压缩准分子激光脉冲

分析了准分子激光脉冲在放大过程中的展宽现象。将饱和开关技术应用于放电泵浦激光器放大腔的放大压缩,发展了脉冲负反馈饱和压缩技术。利用该技术在天光一号系统前端LPX-150激光器上成功获得能量100 mJ、脉宽10 ns的脉冲输出,其空间分布均匀性保持在3%以内。这证明该技术可与无阶梯诱导非相干技术联合使用,在保证光束均匀性基础上进行脉冲压缩。     

利用脉冲负反馈压缩准分子激光脉冲

分析了准分子激光脉冲在放大过程中的展宽现象。将饱和开关技术应用于放电泵浦激光器放大腔的放大压缩,发展了脉冲负反馈饱和压缩技术。利用该技术在天光一号系统前端LPX-150激光器上成功获得能量100 mJ、脉宽10 ns的脉冲输出,其空间分布均匀性保持在3%以内。这证明该技术可与无阶梯诱导非相干技术联合使用,在保证光束均匀性基础上进行脉冲压缩。     

ICF装置靶场关键材料的辐照效应研究进展

从惯性约束聚变（ICF）装置中靶场关键材料易受辐照损伤、从而限制材料使用寿命和装置稳定运行的现实问题出发,总结归纳了有关不锈钢、铝合金、终端光学组件三大类靶场关键材料的辐照效应研究进展,详细介绍了靶室内高能中子束、γ射线、X射线等高能粒子和射线引起靶室第一壁材料出现烧蚀、中子活化等辐照损伤问题,以及靶室环境对关键材料的影响和防护处理。此外,还阐述了打靶试验中所产生的复杂辐射环境、基频与三倍频激光对靠近靶室的终端光学组件所产生的各类辐照损伤现象和相关作用机理。     

ICF用磁性玻璃靶丸悬浮磁场的确定及材料制备初步研究

 根据靶丸悬浮原理,推导出ICF用磁性靶丸在悬浮磁场中受力的函数关系式,从而得到了靶丸悬浮的理论模型。通过实验和理论相结合的方法,得出当靶丸中磁性材料掺入质量百分比由1%增加到6%时,靶丸的磁场强度由0.09 mT增加到0.44 mT,而对应的外界悬浮磁场由0.93 mT减小到0.23 mT。     

气袋靶制备技术

为了研究柱腔内气体对激光-等离子体相互作用及内爆对称性的影响,详细给出了气袋靶制备及其在神光-Ⅱ靶场的应用情况。对气袋靶的靶型设计、靶材料选择及薄膜制备和充气工艺进行了系统的研究。制备的气袋靶主要由厚度为400 nm的聚酰亚胺薄膜和厚度为400 m的铝支撑环构成,利用装配在支撑环上的充气管实现对气袋靶的充气,当充气完成后,整个气袋靶膨胀为球状。     

气袋靶制备技术

为了研究柱腔内气体对激光-等离子体相互作用及内爆对称性的影响,详细给出了气袋靶制备及其在神光-Ⅱ靶场的应用情况。对气袋靶的靶型设计、靶材料选择及薄膜制备和充气工艺进行了系统的研究。制备的气袋靶主要由厚度为400 nm的聚酰亚胺薄膜和厚度为400 m的铝支撑环构成,利用装配在支撑环上的充气管实现对气袋靶的充气,当充气完成后,整个气袋靶膨胀为球状。     

冲击状态下仍透明材料的冲击温度测量

 在对冲击作用下界面热传导特性进行分析的基础上,提出了一种在透明材料前加一高发射率特殊填层材料,通过其与透明材料的热平衡温度来确定透明材料的冲击温度的测量方法,并对氯化钠单晶在41 GPa压力下的冲击温度进行了测量。初步实验结果表明,用这种方法测量透明材料的冲击温度是可行的。     

纳米金属功能材料研究进展

纳米金属材料是一类重要的激光惯性约束聚变和强辐射源靶材料。通过靶材料微观结构的调控，将其特征尺寸降低到纳米量级，已成为该研究领域的一种新型研究手段。针对目前ICF和强辐射源物理研究的目标和需求，本单位在纳米金属功能材料研究方向开展了一些研究工作，取得了初步的研究成果，主要有：     

激光加载下铝材料的冲击温度测量

利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统（该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计）,以强激光加载铝材料冲击温度的测量,获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像,结合灰体辐射理论模型,计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV,该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度,为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。     

激光加载下铝材料的冲击温度测量

利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统（该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计）,以强激光加载铝材料冲击温度的测量,获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像,结合灰体辐射理论模型,计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV,该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度,为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。     

测量软X射线脉冲信号的门控积分器

研制了满足ICF诊断中软X射线能量测量精度要求的具有限定时间积分功能的门控积分器。测试结果表明, 门控积分器的门有效导通时间约为7.8ns; 用信号源做被积信号, 门控积分器与示波器同时测量, 积分非线性小于3%; 门控积分器与示波器测量对比, 最大误差小于门控积分器满量程的5%。     

测量软X射线脉冲信号的门控积分器

 研制了满足ICF诊断中软X射线能量测量精度要求的具有限定时间积分功能的门控积分器。测试结果表明, 门控积分器的门有效导通时间约为7.8ns; 用信号源做被积信号, 门控积分器与示波器同时测量, 积分非线性小于3%; 门控积分器与示波器测量对比, 最大误差小于门控积分器满量程的5%。     

任意反射面速度干涉仪的研制及在激光状态方程中的首次应用

用于任意反射面的速度干涉仪（VISAR）在凝聚态物理、等离子体物理及惯性约束聚变（ICF）等领域都有广泛的应用,是冲击波传播相关的各种物理实验的重要诊断技术。这些实验包括高压状态方程实验、材料特性实验、瑞利-泰勒（R—T）不稳定性实验中的击波特性以及ICF冲击波的时间特性实验等。为了丰富状态方程的测试手段、拓展状态方程的研究内容,我们已着手研制VISAR速度干涉仪.     

D—D中子在聚乙烯球壳内的反应率测量

开展D-D聚变中子与聚乙烯球壳作用的中子学积分实验，用于检验计算方法和相关核数据。实验装置由D—D中子源与聚乙烯球壳组成，中子源在聚乙烯球壳外，距球壳外表面35mm。聚乙烯球壳由两个半球壳组成，外径φ386mm，厚度100mm。聚乙烯球壳中心与靶心的轴线水平。     

Shock-timing experiments in polystyrene target

Direct-drive and indirect-drive inertial confinement fusion （ICF） targets use temporally shaped drive pulses to optimize target performance. The timing of multiple shock waves is crucial to the performance of ICF ignition targets. Velocity interferometer system for any refiector （VISAR） is the principal diagnostic tool for shock-timing experiments. We present velocity measurements from the shock waves in polystyrene targets driven by two 200-ps pulses separated by 1–2 ns. These pulses drive two shock waves that coalescence in the target. Coalescence time and transit times are observed by VISAR.