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激光等离子体X射线谱研究

朱托  
【摘要】: 在激光惯性约束聚变装置中,高温高密度的等离子体会产生大量的X射线辐射。这些辐射既包括连续辐射也包括线辐射,它们决定了等离子体中与辐射相关的各种性质。激光等离子体X射线谱是研究等离子体形成、发展并进行诊断的有力工具之一。本文结合原子结构理论模型、等离子体中的主要原子物理过程以及等离子体模型对等离子体X射线进行了研究,对激光与氪气体靶作用产生的X射线谱进行了仔细的分析及辨识;对比分析了ps激光和ns激光分别与铝平面靶作用产生的X射线谱。 首先,在“星光-Ⅱ”激光装置上,聚焦1.06μm激光束于真空室内氪气体喷射靶上,产生氪元素激光等离子体。用PET(2d=0.8742nm)平面晶体谱仪测量了氪激光等离子体0.525—0.755nm范围的X射线发射谱。发现测量光谱较强的谱线是氪的类Ne离子4—2,3—2的共振跃迁,此外还有大量氪的类Ne离子的双电子复合伴线以及类N、类O、类F离子的共振线。基于准相对论多组态理论,考虑了CI作用和Breit修正,采用Cowan程序计算了氪的类C到类Mg离子3—2和4—2共振跃迁波长和跃迁几率。16条氪的类N至类F离子3l—2l′共振线得到辨识和归类。本工作丰富了氪元素离子谱线数据,具有重要的意义。 其次,在“SILEX-Ⅰ”强激光装置上,聚焦0.8μm激光束于真空室内铝平面靶和铝埋层靶上,激光功率密度达到了10~(18)W/cm~2,获得了高密度铝等离子体,通过RAP平面晶体分光,使用X射线CCD记录铝等离子体0.6—0.85nm范围内的X射线发射谱。考虑到CCD的量子效率、RAP晶体的积分衍射效率等因素,对得到的X射线谱做半定量处理。探索了不同打靶情况下,铝Ly-a谱线和He-a谱线相对转换效率随激光功率密度的变化规律,为获得高密度铝等离子体进行了实验条件的摸索。将处理后的光谱和2004年“星光-Ⅱ”激光装置上获得的铝等离子体光谱比较。发现两种打靶条件下,铝类氦α线和互组合线的半高全宽度以及伴线总宽度均有变化,认为利用谱线展宽对等离子体状态进行诊断是有潜力的。为利用谱线展宽诊断高密度等离子体状态做了有意义的探索。 最后,分析了引起谱线展宽的各种因素,并讨论了如何利用多普勒展宽和斯塔克展宽诊断等离子体状态。


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