强激光与粒子束
2020, 32(11): 112004
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
为充分利用亚皮秒紫外激光器的大能量、超短脉宽的紫外激光输出特性, 配套建立了激光惯性约束聚变(ICF)诊断设备性能指标的标定平台。标定平台具备激光能量测量、光传输延迟、光束分割与等比递减、序列光脉冲产生器等功能, 可为相关诊断设备提供结构支撑和高真空度的运行环境。通过机械与光学设计完成了平台各部件的研制, 并利用该平台对X射线二极管的响应时间、X光条纹相机的扫速、X射线分幅相机的动态范围等指标进行了标定。结果表明, 该标定平台与亚皮秒紫外标定源的匹配度良好, 可实现多种诊断设备性能指标的精密标定。
激光器 亚皮秒紫外激光器 标定平台 诊断设备 动态范围 扫描速度
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术实验室， 北京 100029
3 中国科学院高能物理研究所， 北京 100049
提出一种基于掠入射微柱面反射镜阵列的X射线成像型平响应低通滤波技术。根据X射线光学理论，介绍了基于微柱面反射镜阵列的平响应低通滤波原理，分析了元件透射谱的计算方法。基于电子束刻蚀技术在聚酰亚胺衬底上制作了金柱体直径200 nm、深度1.3 μm、占空比0.393的微柱面镜阵列样品，根据理论计算在2°掠射角时其截止能量为1250 eV，响应不平整度为5.7%。利用转角精度优于0.1°的三维精密转角机构，在北京同步辐射装置的4B7B软X射线束线站标定样品在不同掠入射角下的透射率，得到初步标定结果。标定结果显示，在1 keV以上的不同能点各曲线均有下降趋势，且角度越大下降能点越偏软，说明掠射角的增大对较高能的X射线具有明显抑制效果。由于电子束刻蚀的技术局限性，样品的深宽比、侧壁垂直度、侧壁粗糙度等参数并未达到理论要求，所以标定结果与理论计算值有一定差异。
X射线光学 平响应低通滤波 掠入射 微柱面镜阵列 同步辐射
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在CST Particle Studio环境下建立了长径比为40的铅玻璃MCP的三维结构，将有限积分法与蒙特卡罗方法相结合，模拟了直流和高斯脉冲偏置下微通道内二次电子倍增过程，得到了通道轴向二次电子云密度的动态分布曲线。结果显示，二次电子云在通道轴向成高斯分布；在直流偏置下电子云在漂移过程中密度逐渐增大，分布逐渐变得集中，当电子云漂移至靠近输出电极位置时密度达到最大；在高斯偏置下，脉宽对电子倍增过程有决定性影响，当脉宽大于二次电子平均渡越时间时，倍增过程与直流偏置相似。
微通道板 二次电子 数值模拟 蒙特卡罗方法 渡越时间弥散 microchannel plate secondary electron numeric simulation Monte Carlo method transit time spread 强激光与粒子束
2015, 27(12): 124005
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
为了满足充气腔实验对探测器安全性能的要求, 开展了X光二极管的脉冲偏压施加技术的初步研究。在8 ps激光装置上, 设计了一种新的基于信号发生器的同步方法, 完成了X光二极管脉冲偏压加载工作方式的技术验证。脉冲偏压与直流偏压条件下, 探测器上升时间与半高宽变化值不超过10%。脉冲偏压源主要指标确定为脉宽110 μs, 激光打靶零后2.11 ms完成偏压卸载。
X光二极管 脉冲偏压 时间同步 时间特性 X-ray diode pulsed bias time synchronization temporal performances 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032020
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 10088
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
与中心点火相比, 快点火将压缩和点火过程分开, 大大放宽了对压缩对称性和驱动能量的要求。通过在神光Ⅱ激光装置上开展了快点火锥壳靶预压缩实验研究, 利用X射线背光分幅照相方法观察到了清晰完整的快点火锥壳靶内爆压缩过程, 并利用阿贝反演结合剩余烧蚀质量的方法得到了不同时刻燃料密度、面密度分布数据, 当前实验条件下获得的最大压缩密度和面密度分别为30 g/cm3和50 mg/cm2; 为解决金柱腔M带对导引锥的预热以及由此导致的燃料-锥体材料混合问题, 提出了一种在锥体表面镀低Z材料的方法, 实验和辐射流体数值模拟结果验证了该方法的有效性, 该方法的成功解决了间接驱动快点火激光聚变的重要关键技术问题。
快点火 间接驱动 激光聚变 锥壳靶 燃料混合 fast ignition indirect drive laser fusion cone-in-shell target material mixing 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032017
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
4 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621900
在激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)领域中, 获得具有极高空间分辨率(优于5 μm)的X射线辐射图像, 是研究烧蚀不稳定性、内爆流线等关键物理过程的数据基础。基于掠入射反射式成像原理的Kirkpatrick-Baez(KB)显微成像系统作为一种具有高空间分辨率和集光效率的X射线显微诊断设备, 目前已成为国际ICF装置的X射线关键诊断设备。在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置条件上开展了KB诊断技术及设备的研究, 在KB系统的光学设计、光学元件和物镜与系统装调技术等方面取得了许多重要进展, 研制了大视场KB、多色KB等高分辨率X射线显微成像系统。这些系统已应用于我国的ICF内爆芯部发光和流线测量、流体不稳定增长测量等实验中, 为关键物理量的测量提供了高空间分辨率的清晰图像。
Kirkpatrick-Baez显微镜 高空间分辨 等离子体诊断 惯性约束聚变 Kirkpatrick-Baez microscope high spatial resolution plasma diagnosis inertial-confinement-fusion 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032013
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为获取超快光脉冲信号，提出了一种基于光电子脉冲准线性展宽的高时间分辨二维成像技术。利用高频时变电场的线性工作区加速光电子脉冲信号，通过优化阴极激励源的电参数，选择光电子进入加速区的时刻实现光电子脉冲的准线性展宽。利用曝光时间100 ps的门控选通微通道板在脉冲展宽模块的记录面进行选通曝光成像，实现高时间分辨的二维成像。为改善系统的空间分辨和成像畸变，添加轴向聚焦磁场解决电子漂移区中由电子空间电荷效应引起的时间和空间弥散，对于能量4 keV、出射角0.1°的电子束，聚焦磁场的最佳强度为0.057 T，此时阴极中心位置的空间分辨可达5 lp/mm，阴极边缘位置空间分辨稍差。基于光电子脉冲准线性展宽技术，可将漂移距离50 cm，初始脉宽10 ps的电子脉冲展宽10倍，从而可将门控MCP探测器的时间分辨提高1个量级（即10 ps以内）。
光电子脉冲 准线性展宽 阴极激励源 聚焦磁场 photoelectron pulse quasi-linearly dilation photocathode excitation pulse focusing magnetic field 强激光与粒子束
2014, 26(5): 052007
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
通过对条纹相机光阴极在光电转换过程中光电子产生过程的分析, 推导了光阴极在软X射线波段的能谱响应灵敏度计算公式, 并运用该公式探讨了阴极厚度、掠入射角度等参数对能谱响应灵敏度的影响, 计算并分析了Au, CsI在0.1~10 keV范围内的能谱响应曲线和特性, 并利用标定试验数据对共识和模型的可靠性进行了验证。结果表明, CsI阴极的最佳厚度在60 nm左右, Au阴极的最佳厚度在10 nm左右; CsI阴极的能谱响应灵敏度比Au阴极高1~2量级。
条纹相机 软X射线 光阴极 次级电子 能谱响应灵敏度 streak camera soft X-ray photocathode secondary electron energy spectral response 强激光与粒子束
2014, 26(2): 022002
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在神光Ⅲ原型装置上开展了辐射驱动内爆自发射的高分辨多能点诊断技术研究。利用双周期多层膜KB的选能能点，配合多级记录系统，实现了内爆自发的高空间分辨准单色成像。实验结果表明，利用胶片可以获得发射2.5 keV和3.5 keV的清晰图像，利用CCD可以获得8 keV的窄能带清晰图像。实验结果可以很好用于芯部不对称性、电子温度分布以及密度分布的分析处理，为惯性约束聚变精密物理实验研究提供了新的诊断技术和方法。
多层膜KB 内爆自发射 多能点诊断 芯部 multi-layer KB implosion self-emission multi-energy point diagnosis core zone 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3106
