拍瓦激光驱动纳米刷靶高品质质子束的产生

超强激光加速产生的高能质子束源在基础物理研究、材料科学、生物医疗等领域具有广泛应用前景。基于激光聚变研究中心的SILEX-II装置,开展了高对比度飞秒激光驱动纳米刷靶质子加速实验研究。采用等离子体镜技术进一步提升激光对比度,有效降低了预脉冲对纳米刷靶结构的影响。相比于平面靶,采用纳米刷靶质子截止能量提高到1.5倍,质子束产额增加近一个量级,成功验证了超高功率密度下纳米刷靶对激光离子加速的增强效果,并且有效提升了质子束空间分布的均匀性。研究结果为高品质质子束源的产生和应用提供了技术途径。

夏甸金矿深部采动地压分布规律研究

随着国内大部分矿区进入深部开采阶段,地压活动的发生率、频次和破坏程度显著提升,在开采过程中,围岩受扰动应力作用极容易发生垮塌,严重的还会有岩爆等动力灾害现象发生,给井下作业人员带来了较大的安全风险。本文以夏甸金矿为工程背景,在分析深部开采技术条件的基础上,将夏甸金矿深部采场采动地压作为研究对象,利用数值模拟方法,建立了整体采场模型和典型采场模型,分别对−620~−1120 m范围和−850~−1020 m范围内的采场采动地压分布规律进行研究,揭示了上向水平分层充填开采过程中应力场、位移变化和塑性区分布的特征,为夏甸金矿的安全生产提供了科学依据。

夏甸金矿硬岩深孔高效低耗凿岩爆破技术应用

为解决金属矿山巷道掘进爆破中存在的爆破炮孔利用率低、爆破成本高等问题,以及现场爆破调研得出的岩巷掘进水平低、投入高等问题,提出适用于硬岩巷道深孔爆破的分阶分段爆破技术,通过孔内分段爆破,缩短深部岩体的最小抵抗线,使炸药爆炸能量重新分布,降低炸药单耗;设置孔间延时,有助于增加爆破时的瞬态自由面,增大爆破破岩体积,提升炮孔利用率。现场实验结果表明,通过应用分阶分段爆破技术,爆破炮孔利用率可提高到91%以上,炸药单耗降低12.02%,爆破循环进尺提高47.52%。研究成果可以为类似硬岩巷道高效低耗爆破施工提供指导。

新媒体时代颠倒的儿童影像与复归探究

生活在由图像堆叠而成的新媒体时代,儿童影像日益成为醒目的视觉审美符号。在资本的裹挟下,一些儿童影像被蓄意编织成娱乐的工具,低俗、恶搞、侵犯儿童隐私的作品不断涌现,单向度的观赏者们却沉沦在乌托邦下颠倒的儿童影像中,忘记了娱乐儿童的可悲。儿童影像的颠倒乱象值得社会的关注。通过对屏幕中颠倒的儿童影像进行现状描述,并探寻成因,得出儿童影像的颠倒在某种程度上是景观拜物下的隐性钳制、消费主义下的“娱乐至死”、资本捆绑下的主体消融相互作用的结果。同时,对儿童影像与新媒体共存的可能性进行探讨,并为摆正颠倒的儿童影像提出解决建议,以期为儿童影像的复归贡献绵薄之力。

神光Ⅱ升级装置锥壳靶间接驱动快点火集成实验

在神光Ⅱ升级装置上完成了国际上首次间接驱动快点火集成实验。实验采用双台阶脉冲整形激光注入黑腔产生X射线准等熵压缩锥壳靶,实现了高密度压缩,然后采用皮秒超短脉冲激光注入加热燃料。实验中观测到中子产额由皮秒激光注入前的5×103增加到2.2×105,中子产额增益达到44倍,实验证实了皮秒激光具有明显燃料加热效果。该实验为进一步开展快点火热斑形成效率和相关物理研究奠定了基础。

基于超短激光脉冲扫描法的超高速分幅相机时间响应特性测定

采用超短激光脉冲对一台四通道超高速分幅相机曝光过程进行时间扫描,测定超高速分幅相机时间响应特性.通过对四个通道的同时测定,给出最短曝光时间下相机所有通道的时间响应特性曲线.由此曲线得到相机各通道的实际曝光时间、开/关门时间、曝光过程中的响应变化以及四个通道不同的响应特性等诸多信息.通过对相机时间响应特性的测定,考核相机的实际工作性能与工作状态,并为实验数据解读提供参考.超短激光脉冲扫描法可以作为高速摄影类设备时间响应特性测定的标准方法.

激光加载下金属锡材料微喷颗粒与低密度泡沫混合实验研究

金属材料的微喷是冲击加载下金属表面发生的一种动态破碎现象,微喷研究在很多领域都具有重要意义,包括惯性约束聚变(ICF)和烟火制造等.由于激光实验特有的优势,近几年国内外开展了很多利用强激光驱动冲击加载研究材料微喷过程的实验.利用泡沫材料对微喷颗粒进行静态软回收虽然可以获得颗粒的形态分布、颗粒尺寸及颗粒质量等定量结果,但并不能反演微喷颗粒从进入泡沫到停滞过程中的动态混合过程.为此,在神光Ⅱ升级装置上利用皮秒脉冲激光照射金丝产生高能X射线,实现了对锡微喷颗粒与低密度泡沫混合过程的高时间分辨和高空间分辨背光照相.背光图像面密度结果证实微喷颗粒在泡沫中并没有发生二次破碎.静态回收结果表明,在锡材料与泡沫紧贴放置的情况下,微喷颗粒在泡沫中的穿透深度随着加载压强升高呈现先增大后减小的规律,与非紧贴放置的实验结果有明显的差别.

激光固体靶相互作用产生正电子的模拟研究

采用Monte Carlo程序Geant4对激光固体靶相互作用正电子产生进行了研究。研究了超热电子能量分布函数对正电子产生的影响,结果表明采用不同的分布函数,最多可致正电子产额约3倍的差异,分布函数的最大截止能量在30 MeV以上时正电子产额趋于饱和。研究了正电子产生与超热电子发散角的关联,结果表明发散角模型对正电子产额影响不大,而正电子角分布对超热电子发散角较为敏感,且靶背鞘场对正电子发散角的减小贡献巨大。模拟结果显示靶厚度的增加可导致正电子发散角的增大,而当靶厚度超过2mm时,发散角基本保持不变。此外,模拟了超热电子发散角、靶厚度及靶背鞘场对正电子电子份额比及正电子γ份额比角分布的影响。

激光等离子体射流驱动亚毫米直径铝飞片及姿态诊断

强激光烧蚀低密度有机材料形成等离子体射流碰撞,可以对材料进行准等熵加载,比激光冲击加载应变率低,相同压强下可以获得更高的压缩度和更低的温升,在状态方程、飞片加速等方面有很强的应用前景.在星光Ⅲ置上首次开展了等离子体射流驱动小尺寸铝飞片及姿态诊断联合实验.通过调控有机材料厚度和真空间隙长度,获得了厚度20μm、直径约400μm的铝飞片,飞片加速时间长达200 ns.基于ps拍瓦激光的高能X光背光照相结果显示铝飞片在飞行约400μm距离后仍然保持了很好的飞行姿态和完整性.

用于激光产生的高能X射线源能谱诊断的滤片堆栈谱仪的研制

为了诊断基于激光的短脉冲、高强度的高能X射线源能谱特性,本文利用不同材料和厚度的金属滤片和记录介质研制了一套滤片堆栈谱仪。基于Greval算法发展了能谱反解程序,并使用蒙特卡罗程序Geant4模拟得到了谱仪的响应函数。在星光Ⅲ激光装置上验证了谱仪的可靠性,获得了ps激光与固体靶相互作用产生的10 keV^3 MeV轫致辐射能谱,从而验证了谱仪的可靠性。

强激光间接驱动材料动态破碎过程的实验技术研究

强激光驱动加载已成为冲击波作用下材料动态破碎过程研究的一种有效手段.采用间接驱动方式,设计合适的腔型进行物理实验研究,可实现更大且更均匀的冲击加载一维区.采用数值模拟和物理实验方法,研究强激光间接驱动材料动态破碎过程的实验技术.首先,利用IRAD程序设计适用于开展动态破碎过程研究的半柱腔,其直径为2 mm、腔长为2 mm;进而通过物理实验获得此腔型下多个激光能量点、脉宽2 ns和3 ns条件下辐射峰值温度和波形;最后,利用流体模拟方法给出多种辐射波形下的冲击加载波形.利用高能X射线成像和光子多普勒干涉仪诊断给出间接驱动加载下层裂过程的物理图像和速度历史.经分析发现,间接驱动的加载一维区达到2 mm,平面性优于5%,能有效地开展相关物理实验研究.研究结果为新型柱腔设计、冲击加载技术及动态破碎过程研究提供了重要的研究基础.

皮秒激光驱动的X射线源编码高分辨照相技术

为实现惯性约束聚变(ICF)内爆燃烧停滞阶段过程中最大压缩时刻的冷燃料面密度分布测量,设计了包含字母客体与针孔阵列的照相客体,通过同一发相同视角测量源分布与客体照相技术,首次建立了皮秒激光驱动的高能X射线源编码照相技术。通过星光Ⅲ实验研究,基于W丝阵靶照相的反演图像空间分辨率5.4μm±0.7μm;激光到X射线(50~200 keV)的能量转换效率,W丝阵靶5.4×10^(−4),与传统Au单丝靶的转换效率(4.8×10^(−4))一致。基于源编码照相解决了传统皮秒激光背光照相中空间分辨率与光源亮度不能兼顾的困难,为强背景干扰下提供高信噪比、高分辨率的ICF靶丸压缩背光图像提供了重要照相方式。

激光高能X射线成像中探测器表征与电子影响研究

基于激光尾场加速电子的高能X射线源具有高光子能量与小源尺寸的特点,在高空间分辨无损检测方面发挥着十分重要的作用.在X光机上测量了CsI针状闪烁屏、锗酸铋(BGO)闪烁阵列与DRZ闪烁屏的本征空间分辨率,并模拟了三类探测器对高能X射线的能量沉积响应,其中CsI针状闪烁屏的空间分辨率高达8.7 lp/mm.采用Ta转换靶产生的高能X射线开展透视照相,能够分辨最高面密度33.0 g/cm^2的两层客体结构.开展了X射线照相、X射线与电子混合照相以及电子照相三种情况的比对实验,在X射线产额不足或探测效率不够情况下采用X射线与电子混合透视照相的方案,以牺牲对比度为代价,能较大程度地提高图像信号强度.

强激光与固体靶相互作用所致硬X射线剂量和能谱的实验测量

为了研究强激光与固体靶相互作用产生的电离辐射危害,本文在星光Ⅲ300TW强激光装置上开展了一系列激光打靶实验。实验使用的激光功率密度为5×10^(18)~4×10^(19)W/cm^2,激光脉冲能量为60~153J,靶为直径1mm、厚度1mm的Ta圆柱,本文分别对X射线剂量、X射线能谱和超热电子能谱进行了测量。实验结果表明,测量到的单发最大X射线剂量约为16.8mSv,靠近激光传播方向(0°),距靶50cm处;激光0°方向的X射线剂量随激光功率密度的增加而显著增加,激光90°方向的X射线剂量随激光功率密度的变化相对较小;测量到的X射线能谱可大致用含有两个X射线温度的指数分布函数描述,其中0°方向测量到的X射线温度为0.4~1.15 MeV,90°方向测量到的X射线温度为0.25~0.54 MeV;实测超热电子温度与Wilks定标率符合较好。

神光Ⅱ升级装置激光加速质子照相初步实验研究

在神光Ⅱ升级装置上开展了首轮激光加速质子对间接驱动快点火靶内爆过程的照相实验研究。通过激光与靶参数的优化,获得了能量高于18MeV的质子束。通过静态客体的照相,获得了优于20μm的高空间分辨网格图像,为开展时间分辨的啁啾质子照相奠定了基础。开展了质子动态照相实验,获得了内爆压缩晚期的质子照相图像。实验发现内爆区域质子照相图像存在大量排空现象。内爆压缩区域不足以阻挡如此大范围质子束,证明了其中存在电磁场使得质子向外排开。动态照相的质子能量较低,分析是ns激光打靶过程产生的X射线及等离子体对质子加速存在影响。后续实验中需要进一步优化靶的屏蔽设计。

超短超强激光与固体靶相互作用所致X射线剂量实验研究

超短超强激光与固体靶相互作用可产生显著的X射线剂量,其辐射防护问题是辐射防护和激光等离子体物理的学科交叉问题,对超短超强激光装置安全运行至关重要。为验证清华大学所提出的剂量评估公式,对超短超强激光与固体靶作用所产生的X射线剂量开展了实验研究。设计了用于屏蔽靶室内超热电子和散射光子的屏蔽结构,仅测量超热电子和固体靶作用所产生的X射线剂量,并开展蒙特卡罗模拟评估其屏蔽效果。基于星光-Ⅲ激光装置对不同激光功率密度(7×10^18~4×10^19W/cm^2)下不同角度上的X射线剂量开展了实验测量,并与不同的剂量评估公式结果进行了比较分析,实验中还对不同剂量测量探测器的响应进行了比较。计算结果表明,所设计的屏蔽结构能很好地屏蔽超热电子和散射光子。实验结果表明,清华大学所提出的剂量评估公式较文献公式能更好地与实验结果吻合。随激光功率密度的增加,前向的X射线剂量较侧向增加得更快。

基于基函数展开方法处理具有陡峭界面的Abel反演问题

在激光聚变研究中,存在大量具有陡峭不连续界面特性的靶丸等离子体诊断问题,需要借助Abel反演方法对结果进行分析。提出了一种基于基函数展开处理不连续径向分布的Abel反演方法,采用带约束的Landweber迭代法求得优化结果。利用该算法可以对不连续阶跃分布进行比较准确的反演,获得阶跃结构特征。在理想情况下,针对不连续阶跃分布的反演方差好于10-4,即使在存在一定噪声的情况下也仍然可以获得较好的结果。该方法可用于对激光聚变研究中压缩过程中球壳的背光照相、自发光成像、光谱测量等诊断结果的数据分析。

康普顿照相中的背景噪声分析

康普顿照相是用于压缩靶丸成像、诊断内爆压缩对称性的一种有效技术手段。如何屏蔽成像过程中的背景噪声是康普顿照相技术的重点问题,同时也是一个难点问题。分析了靶环境以及各种背景信号的来源,并提出了相应的屏蔽建议。通过分析可以看到,在中子产额小于1013sr-1、压缩靶丸中心温度小于5 ke V时,通过使用相应的屏蔽措施并采用合适的诊断措施和记录设备,可以把背景噪声降至109sr-1以下,使康普顿照相中的面密度测量精度达到5%左右。

激光聚变内爆D^(3)He质子源的在线诊断系统

提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D^(3)He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别,结合诊断系统排布,可以快速获取激光聚变反应产生的D^(3)He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D_(2)和^(3)He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×10^(9)的初级D^(3)He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D^(3)He质子源能谱和产额信息,从而更加及时地指导实验的开展。

皮秒脉冲激光产生的X射线源能谱精密诊断

针对皮秒脉冲激光产生的X射线能谱精密诊断需求,提出了一种晶体谱仪,该谱仪使用曲率为200 mm的透射式石英弯晶作为色散元件,测谱范围可覆盖8~60 keV。使用该谱仪在星光III和神光II升级装置进行了应用,成功获得了铜、钼、银等元素的特征线能谱,以及金的L壳层特征线,测量获得的能谱信噪比较高,显示了谱仪在测量皮秒激光产生的X射线能谱上的良好性能。