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《中国科学技术大学》 2006年
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神光Ⅱ激光装置上keV X射线及其应用

胡广月  
【摘要】:惯性约束聚变(ICF)和高能量密度物理(HEDP)研究中等离子体的密度通常都达到液体、固体、或超固体密度,要对如此高密度的等离子体内部状态参数进行诊断,不管是主动式探针所使用的光子束或粒子束,还是被动式探测的光子或粒子,都必须具有足够强的穿透能力以穿透高密度的等离子体,这就需要光子能量达到X射线波段、粒子束必须为中子或高能质子或高能电子。因目前产生足够亮度的中子、高能质子和高能电子的研究尚不成熟,因此在ICF实验中除了内爆实验的中子探测和极少量的质子诊断演示实验外,对ICF中高密度等离子体进行诊断主要使用的还是X射线。 本论文在神光Ⅱ激光装置上研究长脉冲keV硬度的X射线源和X射线源在内爆靶丸压缩轨迹测量和X射线Thomson散射中的应用,主要结果如下: 1.从实验上细致的研究了激光脉冲波形、辐射区域和X射线脉冲波形之间的关联。辐射体积的时间行为主要由纵向(靶法线方向)辐射区域的时间行为决定,等离子体三维膨胀效应;导致最大的纵向辐射尺度在激光焦斑尺寸达到饱和。长脉冲情况下,X射线饱和功率正比于焦斑尺寸的3次方,同样激光总能量和脉宽时,X射线饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方。从理论上发现,同样基频输出能量下,即使考虑了激光倍频效率的因素,短波长激光也更有利于keV X射线的发射。激光作用平面靶产生的K-L-shell keV X射线的角分布遵从α+βcos~γθ的定标规律,K-shell辐射的角分布接近cos~(1/3)θ定标率,L-shell辐射角分布更接近cos~(1/2)θ定标率。 2.实验测量了L-shell X射线的转换效率,弥补了此前keV X射线源只有K-shell和Au M-shell实验数据的不足。L-shell X射线因光谱范围较宽,转换效率明显高于K-shell X射线;同样激光强度下L-shell X射线转换效率随着原子序数和X射线硬度的增加而减小,与K-shell X射线的变化规律一致。任何元素所需能段的辐射都存在最佳的光强和最高的转换效率,过低或过高的激光强度都会减小keV X射线的转换效率。 3.提出了利用薄靶成倍提高keV X射线源亮度的方案。使用单路激光束作用厚度较薄的靶将K-shell X射线的转换效率提高至厚平面靶的2倍左右。从实验和二维辐射流体模拟上发现,薄膜靶快速的“火箭”运动能够克服焦斑尺寸对辐射体积的限制、增加激光通道之内的等离子体数量、显著的增大辐射体积,从而成倍提高keV X射线源的转换效率;激光焦斑区域之外未运动的剩余靶物质刚好处于高温激光通道周围,强烈的横向电子热传导烧蚀剩余靶物质,从而向“运动”靶平面的高温低密度区域补充等离子体,增加了辐射keV X射线的等离子体数量,促进了keV X射线的发射;薄膜靶增加的keV X射线能量和辐射区域增加的内能得益于软X射线能量的大幅度减小。薄膜靶存在最佳的薄膜厚度,在激光脉冲后期激光能够击穿靶产生的等离子体时(最高电子密度低于临界密度),相应厚度的薄膜靶产生的keV X射线的转换效率最高;过薄的靶尽管辐射体积更大,但激光过早的击穿靶产生的等离子体,等离子体密度急剧降低、激光能量吸收份额急剧下降,使keV X射线辐射功率很快减小,导致总的keV X射线转换
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O434.1

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【引证文献】
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1 郝轶聃;平面烧蚀RT不稳定性增长因子测量中的数据处理技术[D];中国工程物理研究院;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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8 程书博;张惠鸽;王哲斌;易有根;张琛;刘浩;郑志坚;;科学级光学CCD非线性特性测试[J];光学学报;2012年04期
9 刘慎业,陈涵德,唐道源,郑志坚,梅启庸,成金秀,张海英;0.53μm激光辐照金盘靶的光散射机制研究[J];光学学报;1997年04期
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1 岳林霖;用于软X射线诊断的小型化透射光栅谱仪的研制[D];电子科技大学;2011年
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7 王传珂;谱学光子筛的理论模拟与实验表征[D];四川大学;2006年
8 侯立飞;多层镜软X射线能谱仪的研制[D];重庆大学;2007年
9 杨正华;近背向散射与全口径背向散射测量系统的研制[D];重庆大学;2008年
10 周近宇;间接驱动ICF辐射驱动对称性研究[D];电子科技大学;2009年
【同被引文献】
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6 高鸿奕,陈建文,谢红兰,朱化风,李儒新,徐至展,朱佩平,袁清习,田玉莲,黄万霞,王寯越,郑欣,冼鼎昌;X射线衍射增强相衬成像的实验结果[J];光学学报;2004年08期
7 董佳钦;傅思祖;熊俊;王瑞荣;黄秀光;舒桦;顾援;王占山;;针孔辅助点投影诊断方法实验研究[J];光学学报;2008年03期
8 张静江,赵云英,徐玉恒,李铭华;光折变晶体作为相衬滤波器的研究[J];光学学报;1994年03期
9 江少恩;黄翼翔;胡昕;于燕宁;于瑞珍;;针孔点背光技术实验[J];光子学报;2006年02期
10 干慧菁;朱化凤;陈建文;高鸿奕;李儒新;徐至展;朱佩平;王寯越;黄万霞;袁清习;冼鼎昌;;关于X射线同轴位相衬度成像的研究(英文)[J];光子学报;2006年06期
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1 王哲斌;激光聚变等离子体Thomson散射诊断[D];中国科学技术大学;2006年
2 陈博;X射线相位衬度成像相关光学问题研究[D];中国科学技术大学;2007年
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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8 ;中外科学家烹制宇宙大爆炸“夸克汤” 初次确定从普通物质到夸克物质的相变温度[J];科技传播;2011年13期
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5 杨国洪;张继彦;张保汉;周裕清;;等离子体中的原子物理过程实验[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
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5 孙崇泉;太阳能电池转换极限在哪里?[N];中国能源报;2010年
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5 孙柏;PLD技术制备ZnO薄膜及其结构和发光性质研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 李毅人;弱碰撞等离子体中金属栅网附近稳态鞘和预鞘的实验诊断与数值模拟[D];中国科学技术大学;2011年
7 邹秀;低温等离子体磁鞘特性的研究[D];大连理工大学;2005年
8 傅磊;氢等离子体制备纳米硬质合金粉末的研究[D];清华大学;1997年
9 李明东;以煤层气为冷却剂的等离子体裂解煤制乙炔方案研究[D];清华大学;2004年
10 袁承勋;等离子体中太赫兹波传输特性理论研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
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1 胡广月;神光Ⅱ激光装置上keV X射线及其应用[D];中国科学技术大学;2006年
2 赵书毅;相对论荷电粒子在激光电磁场中康普顿辐射的研究[D];南昌大学;2007年
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5 陆建萍;电磁波在等离子体中的吸收衰减[D];北京理工大学;2004年
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7 奚衍斌;Alfvén波的电子回旋动力学理论研究[D];大连理工大学;2004年
8 迟丽华;等离子体对作物种子生物学效应的研究[D];吉林农业大学;2004年
9 朱希睿;等离子体状态方程的Hartree-Fock-Slater自洽场计算[D];中国工程物理研究院;2005年
10 张凯;椭球谐振腔微波等离子体系统的研究[D];电子科技大学;2006年
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