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利用长脉冲KrF激光产生用于状态方程测量的冲击波

马景龙  
【摘要】: 状态方程是惯性约束核聚变(ICF)、天体物理、地球物理、等离子体物理、武器物理、材料科学等领域的重要研究内容。激光是近年来在实验室内产生超高压强(几百万到几千万大气压)的主要手段。本文介绍了在KrF激光系统“天光一号”(原子能科学研究院高功率准分子激光实验室)上利用长脉冲紫外激光开展状态方程测量的初步探索—平面冲击波产生的实验研究。 鉴于目前功率密度较低(小于1×10~(12)W/cm~2),不采取直接照射的方法,而通过飞片增压技术使靶内压力达到1 Mbar以上。在激光能量30焦耳、脉冲长度50ns、焦斑直径300um、聚焦功率密度8.5×10~(11)W/cm~2的条件下,考察了激光对飞片的加速效果、飞片的平面性与聚焦激光的平面性之间的关系。通过实验说明在本实验室开展状态方程测量的可行性。 第一章是本工作的背景介绍,简要总结了国外利用KrF激光开展状态方程测量的现状,分析了本实验室的现有条件,提出开展这项工作所需要的必要条件。第二章是本工作的理论基础,简要讨论了测量和制靶的基本原理和方法。在第三章,利用一维流体力学程序对不同的实验条件进行了分析,得到一些冲击波的基本特征,给出了靶的设计原则。实验条件的建立是这个工作的一个重要组成部分,所以在第四章用较多篇幅介绍了激光的空间整形和时间整形、激光的光束诊断方法、条纹相机的改进、简易靶的制作方法等等。第五章重点介绍了激光产生飞片的实验,分别给出了利用空间诱导非相干(ISI)激光均匀化技术,在有严格的像传递和没有严格的像传递条件下激光驱动飞片产生冲击波的特征,表明ISI均匀化技术和像传递在产生平面冲击波中的重要性。通过测量飞片撞靶的时间,和模拟结果相比较,得到厚度13微米、直径400微米的铝飞片被加速到8km/s以上。在附录里简要介绍了一维流体力学程序HYADES的使用方法并验证了模拟结果的正确性。 实验中发展了一些测量技术,例如用可见光视频CCD直接测量紫外激光的光束分布和激光等离子体产生的X光二维图象,利用窗玻璃作为荧光体测量能量密度较高的紫外光束分布,利用可见吸收紫外透射玻璃制成的衰减器测量有严重背景光的紫外光束分布,可以作为实验室的常规测量工具,并有一定的推广价值。 中国原子能科学研究院博士学位论文 本工作的主要结果是:在“天光一号”一路IS工均匀化KrF激光的基础上,建立 了打靶手段、光束诊断手段、冲击波测量手段。在低于10”W/cmZ的条件下,将厚度 13微米、直径400微米的铝飞片加速到skm/s,对称碰撞产生的冲击高压超过IMbar。 实验验证了飞片的平面性与激光的均匀性密切相关,说明利用飞片增压技术可以作为 今后测量的一个主攻方向。但是要利用飞片法得到满足状态方程测量要求的冲击波, 尚需大量的实验考察。


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