X射线荧光成像技术具有局域探测能力,适合诊断复杂几何构型流体运动,在实验室天体物理、惯性约束聚变等高能量密度物理领域具有重要的应用前景。基于神光Ⅲ原型激光装置,开展了X射线荧光成像的原理验证实验。实验采用聚4-甲基-1-戊烯泡沫掺杂TiO2纳米颗粒为静态客体,以钒等离子体辐射为荧光泵浦源,以平晶谱仪为分光和成像设备,成功获得了钛原子K壳层荧光的一维空间分辨强度轮廓。基于荧光产生和平晶成像原理,对荧光信号强度进行了定量估算,结果表明,模拟和实测荧光强度轮廓符合较好。该工作可为X射线荧光成像技术在复杂几何构型流体实验中的应用提供参考。

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。

采用三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序JMCT，对神光Ⅲ主机靶场进行精细几何建模，使用该模型通过计算获得了DD内爆聚变中子及伽马射线在靶场环境的空间分布以及能谱和飞行时间谱。根据计算结果对散射中子和伽马射线的特性进行了讨论，并定量分析了散射中子噪声和伽马噪声分别对下散中子产额测量和高能X射线照相的影响。研究结果表明：必须进行有效的辐射屏蔽设计才能使下散中子产额测量和高能X射线照相的信噪比优于10。

在神光Ⅲ主机装置上，利用已经建成的两个激光束组，开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验，是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400 μm×2100 μm黑腔，500 μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料，激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明，实验黑腔的耦合效率约为50%；使用的黑腔偏长，靶丸被压缩为“薄饼形”；中子产额和激光能量正相关；中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。

在神光Ⅲ原型装置上利用八路6400 J/1 ns激光注入1100 μm×1850 μm的黑腔内产生210 eV的高温辐射场,均匀辐照填充氘氘燃料的靶丸实现内爆.实验中选择高气压薄壳靶丸实现纯冲击波聚心内爆.通过闪烁体探测器、中子条纹相机等多套诊断设备获取了中子产额、聚变反应时刻等关键内爆参数.结合一维数值模拟表明,实验测量的中子产额与干净一维数值模拟计算的中子产额之比达到90%;同时通过人为破坏内爆对称性等方式表明,该设计下内爆中子产生机制集中于冲击波聚心,其内爆性能受到高维因素影响极低,从而实现了准一维内爆.

基于X光微点源装置,从实验角度验证了半影成像的原理.利用针孔成像,直接测量了微点源源区图像;给出了半影孔成像、半影锥成像和环孔成像原理,以及在微点源的半影成像结果和维纳滤波重建结果.从实验结果可知:半影锥成像具有与半影孔成像相同的诊断能力,两种方法的重建图像尺寸与源尺寸一致;环孔成像的诊断能力更好,重建图像的尺寸和形状更接近源图像.

利用神光-Ⅲ原型激光装置实验研究了8束ns激光脉冲从一端注入钛空腔靶产生的keV X射线源的辐射特征, 发现keV X射线主要产生于腔轴附近; 钛空腔靶内径过大时keV X射线能流的峰值强度较低, 内径过小时keV X射线能流的持续时间较短。为了在4π空间内使钛空腔靶获得最大的X射线(4~7 keV能段)转换效率, 腔内径的最优值在1000~1300 μm附近, 此时的keV X射线转换效率为4.7%, 是相同激光参数下钛平面靶的2倍左右。激光单端注入有底部钛膜和无底部钛膜的空腔靶对比实验显示,底膜能够增强keV X射线的发射。

激光间接驱动惯性约束聚变利用辐射烧蚀驱动靶丸球形内爆, 在减速阶段将内爆动能转化成热斑内能, 同时压缩燃料, 达到点火条件, 实现聚变点火。根据目前认识, 影响内爆压缩过程的主要因素包括内爆对称性、燃料熵增因子、内爆速度和混合。内爆物理实验研究的目的是发展对上述影响因素的实验表征方法, 获取这些影响因素随靶设计参数的变化规律, 建立相应的实验调控能力, 最终达到不断提升内爆性能的目的。为此, 在内爆对称性方面, 开展了Bi球自发光实验, 用于研究点火脉冲前2 ns驱动不对称性; 在内爆速度方面, 开展了球面弯晶单能流线实验, 测量得到内爆速度和剩余质量随时间的变化; 在混合方面, 开展了内壳层示踪涂层内爆混合实验, 测量得到环形发光图像。为考察综合内爆性能, 在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上开展了DT内爆实验, 获得了中子产额随初始靶参数的变化规律。

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。