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ICF中keV能区X光辐射能量及超热电子能量沉淀区域研究

杜华冰  
【摘要】:在惯性约束聚变(ICF)实验中,激光等离子体会产生强烈的X光辐射,X光辐射含有大量的信息,X光诊断在ICF实验中占有重要的地位。激光等离子体辐射的X光覆盖的能谱范围很宽,既有光子能量低至约10eV的低能软X光,也有高到几百keV的硬X光,其中激光作用金等离子体产生的M带辐射位于keV能区。在间接驱动ICF研究中,激光波-波非线性相互作用(共振吸收、受激喇曼散射及双等离子体衰变等)会产生超热电子、超超热电子等高能电子。金的M带辐射等keV能区硬X光以及高能电子都有可能穿透靶丸推进层直接加热DT燃料,导致燃料熵增,从而降低内爆效率,因此研究金M带辐射特性和超热电子能量沉积区域可以增加我们对激光腔靶作用物理过程和NIF点火黑腔靶的定量理解。另一方面,背光照相是高能量密度物理研究中重要的诊断技术,keV能区X光的背光成像技术是研究内爆压缩过程和诊断高密度压缩区的重要手段之一,背光源的亮度在很大程度上决定了物理图像的质量,因此研究不同靶材料的keV能区X光转换效率是背光照相实验设计的重要基础。 本论文在神光Ⅱ激光装置上研究了长脉冲keV能区X射线背光源及腔靶内M带X光辐射规律,系统地阐述了激光与腔靶相互作用产生超热电子的物理机制,并应用MCNP程序对超热电子在NIF点火靶中能量传输及其在靶丸中的能量沉积进行了模拟。在以下三个方面取得了一定进展: 1.采用滤片配X射线二极管阵列方式研究了背光靶keV能区X射线转换效率。实验结果显示Ti平面靶类He-α (4.75keV)线辐射转换效率约是Ti02泡沫平面靶的7倍。 2.研究了不同尺寸腔靶中的金M带X光能量及发射时间过程。通过时间定标获得了可与激光时间过程相关联的金M带X光的发射时间行为。实验结果表明随着腔体尺寸减小金M带能量相对份额明显增加;随着探测器与腔轴之间角度的增加,探测器测量到的M带能量变小;输运(R-T)腔的金M带能量份额比大腔靶M带能量份额要高。 3.采用MCNP程序开展了腔内超热电子传输及其在靶丸中能量沉积的模拟计算。通过假定超热电子在NIF点火黑腔靶中的分布,模拟计算了超热电子对靶丸各部分的预热影响,给出了超热电子在靶丸燃料中沉积的能量及能谱分布。


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