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X射线激光及其应用研究—探针法测量等离子体电子密度实验研究

王琛  
【摘要】: X射线激光的发展和应用是当今激光科学技术发展中的重大前沿课题之 一,X射线激光独特的优点使得它在物理学、生物学、化学、材料学以及惯性 约束聚核变(ICF)等领域有着极其深远的应用前景。 应用研究的前提是获得能够满足应用要求的X射线激光输出,因此如何获 得高亮度、高相干性、高光束质量的饱和X射线激光输出是X射线激光研究的 首要内容。本文中,我们尝试在“神光Ⅱ”驱动激光条件下利用电子碰撞激发 机制获得类镍银139A X射线激光。实验中采用了预主脉冲驱动,双靶对接等 技术以期得到饱和激光输出。实际获得了一定强度的X射线激光输出,但是整 体强度不高。10mm单靶产生~3μJ的能量输出,对单靶来说比较强,但是双靶 对接结果并没有明显的增强。原因是双靶对接没有取得实际效果;另一个内在 的原因是使用的柱面透镜阵列系统在“神光Ⅱ”驱动激光特殊光束分布条件下, 产生的焦线在两端强度有明显下降,可能产生冷等离子体,影响到X射线激光 的强度,以及偏折角等参数,进一步影响到双靶对接的效果。在初步实验结果 的基础上,本文改进设计了线聚焦系统,利用适当的仪器监测等离子体的状态, 更细致地考虑预主脉冲驱动以及双靶对接的实施,有望在进一步的实验中获得 较好的结果。 高温高密度等离子体电子密度的测量对惯性约束聚变(ICF)以及X射线 激光本身的发展有着重大的意义,可以用于校验理论模型以及粒子模拟程序等。 探针法是测量等离子体电子密度常用的方法,而利用X射线激光作为探针,可 以探测临界密度附近更高密度的等离子体,因而具有很大的应用价值。本文中, 我们尝试利用类镍银139A X射线激光作为探针,利用偏折法测量Ta、Si等离 子体的电子密度分布,采用莫尔双光栅的放大效应来测量光线的微小偏转。实 验未能取得理想的结果,我们获得了X射线激光静态金属丝成像、Ta、Si等离 子体的自发辐射成像,以及静态的莫尔条纹成像,但是未获得包含等离子体电 子密度信息的弯曲莫尔条纹。原因一方面是产生的X射线激光强度比较低;另 一方面是Ta、Si等离子体的自发辐射比较强,在Si的自发辐射图象上可以隐 约的分辨出微弱的莫尔条纹图样,说明莫尔条纹图样完全被自发辐射淹没。如 果能够获得更强的X射线激光输出,并采用自发辐射更弱的等离子体作为待测 -D-X射线激光及其应用研究-探针法测量等离子体电子密度实验研究 等离子体,完全有可能获得理想的结果。 本论文的完成得到国家八六三高技术计划X射线激光专题的资助和指导。


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