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。

Curved crystal imaging is an important means of plasma diagnosis. Due to the short wavelengths of high-energy X rays and the fixed lattice constant of the spherical crystal, it is difficult to apply the spherical crystal in high-energy X-ray imaging. In this study, we have developed a high-energy, high-resolution X-ray imager based on a toroidal crystal that can effectively correct astigmatism. We prepared a Ge 〈511〉 toroidal crystal for backlighting Mo Kα1 characteristic lines (∼17.48 keV) and verified its high-resolution imaging ability in high-energy X-ray region, achieving a spatial resolution of 5–10 µm in a field of view larger than 1.0 mm.

非线性康普顿散射被认为是未来超短超强激光与物质相互作用中的主导性物理过程之一。目前大多数相关研究都基于一种主流的非线性康普顿散射物理模型，该模型假设辐射形成距离足够短、对初态和末态自旋求平均与求和、并忽略了参与散射的激光光子的能动量。近年来，一些研究为了在更广阔的参数空间内，更准确地描述非线性康普顿散射，也对这个主流物理模型提出了几种修正和改进。回顾了对非线性康普顿散射主流物理模型进行的几种改进和修正，介绍了它们的适用范围，分析了它们的基本性质并对其物理效应进行了简单讨论。

间接驱动惯性约束聚变真空或者近真空黑腔实验中，纳秒激光烧蚀产生的腔壁等离子体可以在靶丸烧蚀等离子体（或低密度填充气体）中驱动无碰撞静电冲击波，冲击波电场会以二倍冲击波速度反射离子。为了测量纳秒激光驱动非相对论无碰撞静电冲击波产生的10 keV量级的反射离子能谱，设计了低能汤姆逊离子谱仪。利用Geant4建模，对离子测量过程进行了全过程蒙特卡罗模拟，用以评估靶室残余气体和喷气气体对低能离子测量的影响。模拟结果显示，靶室残余气体会造成10 keV量级D离子信号在谱仪电场和磁场方向展宽。电场方向的展宽会增加不同荷质比离子谱线发生交叠的风险，而磁场方向的展宽会导致离子能谱展宽。喷气气体会造成离子信号向低能区移动并拖尾，导致测量的离子谱偏离真实的反射离子能谱。

为了在百kJ高功率激光装置上建立D³He质子照相平台，采用一维辐射流体程序Helios-CR对D³He爆推靶质子产生进行了模拟，综合考虑多种因素给出在百千焦高功率激光装置上开展质子照相所需要的激光和靶球建议参数。结合激光装置现有条件，分析了在10¹⁵ W/cm²左右激光强度下D³He质子产额随靶球半径、激光强度、充气压力和SiO₂球壳厚度等参数的变化规律，给出了靶球半径300 μm，内充D³He气体压强1.8 MPa，SiO₂球壳厚度3.5 μm左右等优化参数，预计此条件下D³He质子产额可达10⁹～10¹⁰。通过模拟得到的质子产额变化规律，为质子照相平台的正式建立和实验参数选取提供了参考。

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5.4 μm±0.7 μm；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。

采用紧聚焦的超强短脉冲激光与固体通道靶相互作用是获得大电量、高准直相对论电子束的一种有效方式。实验中由于激光预脉冲烧蚀靶壁产生预等离子体会膨胀、填充到真空通道中，从而导致电子束品质发生变化。采用二维PIC粒子模拟程序研究了通道靶中填充预等离子体的电子加速过程。模拟结果显示，在功率密度为5.0 $ \times {10}^{20}\;{\mathrm{W}/\mathrm{c}\mathrm{m}}^{2} $的超强短脉冲激光条件下，通道中填充一定密度的等离子体时激光场优先与低密度等离子体相互作用，激光脉冲与通道壁的相互作用减弱，电子加速机制由纵向场主导的真空电子加速转变为横向电场主导的等离子体电子加速，产生电子束具有更大的电荷量，但能量降低，发散角增大。

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D³He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D³He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D₂和³He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)×10⁹的初级D³He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D³He质子源能谱和产额信息，从而更加及时地指导实验的开展。