Email alert
RSS2020年 32卷 第11期
推荐文章
2020, 32: 112001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200133
2020, 32: 112002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200136
2020, 32: 112006.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200089
栏目
显示方式:
2020, 32: 112001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200133
摘要:
高精密的X射线成像诊断是深入理解内爆过程，揭示点火尺度下未知物理问题的关键。基于掠入射反射的X射线显微镜，结合亚纳米级的超光滑球面或非球面反射镜，能够实现空间分辨优于5 μm的高分辨成像。介绍了国际惯性约束聚变领域的X射线显微成像技术发展及应用，重点展示了我国在高分辨X射线（KB）显微镜、多通道X射线KB显微镜以及大视场X射线KBA显微镜方向的进展，分析了下一阶段超高分辨X射线显微成像的研究计划。通过不断的技术创新，我国的X射线显微成像诊断能力已经达到国际先进水平。
高精密的X射线成像诊断是深入理解内爆过程，揭示点火尺度下未知物理问题的关键。基于掠入射反射的X射线显微镜，结合亚纳米级的超光滑球面或非球面反射镜，能够实现空间分辨优于5 μm的高分辨成像。介绍了国际惯性约束聚变领域的X射线显微成像技术发展及应用，重点展示了我国在高分辨X射线（KB）显微镜、多通道X射线KB显微镜以及大视场X射线KBA显微镜方向的进展，分析了下一阶段超高分辨X射线显微成像的研究计划。通过不断的技术创新，我国的X射线显微成像诊断能力已经达到国际先进水平。
2020, 32: 112002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200136
摘要:
对国内激光惯性约束聚变（ICF）领域高时空分辨技术的最新进展进行了比较全面的介绍。针对热斑诊断时间分辨优于10 ps、空间分辨优于10 μm、能区10～30 keV的需求，从光学、X射线、核诊断和计算成像几个角度，比较系统地介绍了最新的进展。光学领域主要介绍基于泵浦探测技术的全光扫描和全光分幅技术。全光扫描技术的时间分辨可以达到200 fs，全光分幅的时间分辨可以达到5 ps，空间分辨可以达到5 μm。该系统的主要部件为光学器件，在ICF未来的强电磁、强电离环境下有很好的应用前景。X射线系统主要介绍最近几年发展的高分辨KB显微镜，其采用STTS构型，可将空间分辨提高到3 μm，满足当前高分辨的需求。漂移管技术的时间分辨可以达到10 ps，作为一种正在发展的技术，对此进行了较为全面的分析。中子成像系统主要介绍了高空间分辨的记录系统以及对应的瞄准技术的进展，其空间分辨可以达到20～25 μm。计算成像作为一个全新的分支，最近引起了ICF领域的广泛关注。着重介绍了三维光场技术和在高时空分辨领域有很好应用前景的压缩感知超快成像（CUP）技术，对其可能在ICF领域中的应用提出了设想。
对国内激光惯性约束聚变（ICF）领域高时空分辨技术的最新进展进行了比较全面的介绍。针对热斑诊断时间分辨优于10 ps、空间分辨优于10 μm、能区10～30 keV的需求，从光学、X射线、核诊断和计算成像几个角度，比较系统地介绍了最新的进展。光学领域主要介绍基于泵浦探测技术的全光扫描和全光分幅技术。全光扫描技术的时间分辨可以达到200 fs，全光分幅的时间分辨可以达到5 ps，空间分辨可以达到5 μm。该系统的主要部件为光学器件，在ICF未来的强电磁、强电离环境下有很好的应用前景。X射线系统主要介绍最近几年发展的高分辨KB显微镜，其采用STTS构型，可将空间分辨提高到3 μm，满足当前高分辨的需求。漂移管技术的时间分辨可以达到10 ps，作为一种正在发展的技术，对此进行了较为全面的分析。中子成像系统主要介绍了高空间分辨的记录系统以及对应的瞄准技术的进展，其空间分辨可以达到20～25 μm。计算成像作为一个全新的分支，最近引起了ICF领域的广泛关注。着重介绍了三维光场技术和在高时空分辨领域有很好应用前景的压缩感知超快成像（CUP）技术，对其可能在ICF领域中的应用提出了设想。
2020, 32: 112003.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200119
摘要:
介绍了超快诊断技术研究的意义，概述了条纹相机和分幅相机的研究历史及现状，分析了几种主流条纹管的技术特点及主要应用领域，比较了国内外超快诊断设备研制单位特点，分析了我国在超快诊断技术方面所取得的成就、存在的问题并对下一步发展出路进行初步的分析与探讨。
介绍了超快诊断技术研究的意义，概述了条纹相机和分幅相机的研究历史及现状，分析了几种主流条纹管的技术特点及主要应用领域，比较了国内外超快诊断设备研制单位特点，分析了我国在超快诊断技术方面所取得的成就、存在的问题并对下一步发展出路进行初步的分析与探讨。
2020, 32: 112004.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200099
摘要:
在激光惯性约束聚变（ICF）研究中，通过X光高速摄影获取的图像数据能够反映等离子体中由于做功和能量输运导致的流体状态的时空演化信息，与之相关的诊断技术与工程研究一直以来都是ICF诊断能力建设的重要组成部分。介绍了作为我国ICF工程的主要实施单位之一，中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在X光高速摄影技术研究方面取得重要进展，包括：（1）面向神光系列激光装置，开发了系列工程化的100 ps曝光高速摄影相机，整体达到国际先进水平，并在高灵敏探测、透射式带通滤波和结构小型化等方面形成中国特色；（2）提出微扫描门控、同视扫描分幅等10 ps曝光X光高速摄影新技术，为突破时间分辨瓶颈做出有益尝试；（3）在国内率先开展抗辐射加固高速摄影相机理论设计、技术验证与工程设计；（4）针对激光聚变靶碎片对设备安全的威胁，在国内首次开展靶碎片的理论建模与仿真研究，并开展首次验证实验，取得重要进展。
在激光惯性约束聚变（ICF）研究中，通过X光高速摄影获取的图像数据能够反映等离子体中由于做功和能量输运导致的流体状态的时空演化信息，与之相关的诊断技术与工程研究一直以来都是ICF诊断能力建设的重要组成部分。介绍了作为我国ICF工程的主要实施单位之一，中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在X光高速摄影技术研究方面取得重要进展，包括：（1）面向神光系列激光装置，开发了系列工程化的100 ps曝光高速摄影相机，整体达到国际先进水平，并在高灵敏探测、透射式带通滤波和结构小型化等方面形成中国特色；（2）提出微扫描门控、同视扫描分幅等10 ps曝光X光高速摄影新技术，为突破时间分辨瓶颈做出有益尝试；（3）在国内率先开展抗辐射加固高速摄影相机理论设计、技术验证与工程设计；（4）针对激光聚变靶碎片对设备安全的威胁，在国内首次开展靶碎片的理论建模与仿真研究，并开展首次验证实验，取得重要进展。
2020, 32: 112005.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200109
摘要:
条纹相机（包括X射线条纹相机和可见光光学条纹相机）是一种高时空分辨的诊断设备，在激光惯性约束聚变（ICF）物理实验研究中具有非常重要的应用。介绍了当今国内外激光聚变领域获得广泛应用的两种主要类型条纹相机的技术性能以及各自的技术特点，它们分别采用了同轴电极双聚焦电子光学扫描变像管和双板电极电子光学扫描管。在技术指标方面，重点论述了条纹相机动态范围的判据，分析了激光聚变实验对条纹相机动态范围的需求，介绍了当今国际上高性能条纹相机动态范围指标的现状。文章也介绍了和条纹相机发展应用相关的几项重要技术进展，这些进展包括先进光时标、抗辐射加固记录系统和抑制相机背景噪声的阴极选通技术。
条纹相机（包括X射线条纹相机和可见光光学条纹相机）是一种高时空分辨的诊断设备，在激光惯性约束聚变（ICF）物理实验研究中具有非常重要的应用。介绍了当今国内外激光聚变领域获得广泛应用的两种主要类型条纹相机的技术性能以及各自的技术特点，它们分别采用了同轴电极双聚焦电子光学扫描变像管和双板电极电子光学扫描管。在技术指标方面，重点论述了条纹相机动态范围的判据，分析了激光聚变实验对条纹相机动态范围的需求，介绍了当今国际上高性能条纹相机动态范围指标的现状。文章也介绍了和条纹相机发展应用相关的几项重要技术进展，这些进展包括先进光时标、抗辐射加固记录系统和抑制相机背景噪声的阴极选通技术。
2020, 32: 112006.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200089
摘要:
在固体激光脉冲放大器中，再生放大器具有增益高、光束质量好以及结构简单等优点，得到了广泛的关注和应用。经过几十年的不断发展，再生放大器已经能够实现数百mJ脉冲能量以及数kW均值功率的稳定输出。增益材料特性、腔型结构、泵浦能力、热效应、元器件性能等诸多方面都会影响再生放大器的输出特性，其中增益材料特性是最根本的因素。由于特性不同，基于不同增益材料体系的再生放大器在结构和功能上都会有较大的差异。基于不同的材料体系，介绍了各类体系下的再生放大器在发展过程中遇到的关键共性问题，以及几类典型的再生放大器及其特点。讨论了再生放大器未来的发展趋势。
在固体激光脉冲放大器中，再生放大器具有增益高、光束质量好以及结构简单等优点，得到了广泛的关注和应用。经过几十年的不断发展，再生放大器已经能够实现数百mJ脉冲能量以及数kW均值功率的稳定输出。增益材料特性、腔型结构、泵浦能力、热效应、元器件性能等诸多方面都会影响再生放大器的输出特性，其中增益材料特性是最根本的因素。由于特性不同，基于不同增益材料体系的再生放大器在结构和功能上都会有较大的差异。基于不同的材料体系，介绍了各类体系下的再生放大器在发展过程中遇到的关键共性问题，以及几类典型的再生放大器及其特点。讨论了再生放大器未来的发展趋势。
2020, 32: 112007.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
摘要:
长期以来，惯性约束聚变（ICF）研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地，难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外，由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异，同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术，以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统，用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求；另一方面，其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管（XRD）和标准探测器之后，该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。
长期以来，惯性约束聚变（ICF）研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地，难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外，由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异，同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术，以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统，用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求；另一方面，其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管（XRD）和标准探测器之后，该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。
2020, 32: 112008.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200129
摘要:
介绍了惯性约束聚变研究中X射线线谱诊断与各物理量之间关系，并对X射线晶体谱仪诊断方式及诊断原理进行了简要说明。针对不同类型诊断，介绍了常用不同类型衍射晶体的作用与原理。此外，介绍了最近开展的一种新型变锥面弯晶X射线诊断方法研究，此方法拥有高集光效率的同时，保证了后端接收装置的精巧耦合，减小了像差。以变锥面弯晶衍射特性研究为出发点，开发了一个X射线任意面型晶体衍射追迹仿真软件X-Chase，并以国内某大型激光装置类H、类He线的变锥面晶体诊断为例进行了计算演示，数值模拟结果显示了变锥面晶体具有很好的聚焦效果。
介绍了惯性约束聚变研究中X射线线谱诊断与各物理量之间关系，并对X射线晶体谱仪诊断方式及诊断原理进行了简要说明。针对不同类型诊断，介绍了常用不同类型衍射晶体的作用与原理。此外，介绍了最近开展的一种新型变锥面弯晶X射线诊断方法研究，此方法拥有高集光效率的同时，保证了后端接收装置的精巧耦合，减小了像差。以变锥面弯晶衍射特性研究为出发点，开发了一个X射线任意面型晶体衍射追迹仿真软件X-Chase，并以国内某大型激光装置类H、类He线的变锥面晶体诊断为例进行了计算演示，数值模拟结果显示了变锥面晶体具有很好的聚焦效果。
2020, 32: 112009.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200103
摘要:
低时间相干脉冲可有效提高激光与等离子相互作用中参量不稳定性的阈值，但高效频率转换难题是实现其工程应用瓶颈之一。系统分析了高功率激光驱动器已有的各类低时间相干脉冲频率转换技术的特性，并基于数值模拟和实验分析了部分掺氘DKDP晶体用于超辐射光倍频、三倍频的特性与工程应用可行性，结果表明掺氘17%左右DKDP晶体可以提高钕玻璃系统超辐射光的倍频效率，理论转换效率可达到约80%，10%梯度掺氘DKDP晶体则可实现5 THz带宽三倍频输出。
低时间相干脉冲可有效提高激光与等离子相互作用中参量不稳定性的阈值，但高效频率转换难题是实现其工程应用瓶颈之一。系统分析了高功率激光驱动器已有的各类低时间相干脉冲频率转换技术的特性，并基于数值模拟和实验分析了部分掺氘DKDP晶体用于超辐射光倍频、三倍频的特性与工程应用可行性，结果表明掺氘17%左右DKDP晶体可以提高钕玻璃系统超辐射光的倍频效率，理论转换效率可达到约80%，10%梯度掺氘DKDP晶体则可实现5 THz带宽三倍频输出。
2020, 32: 112010.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200116
摘要:
微介观尺度下材料结构的实时演化行为是决定其动态力学性能的关键因素。大型激光装置作为集加载和诊断能力为一体的综合实验平台，为高温、高压、高应变率等极端条件下材料动态力学性能的微介观尺度研究提供了重要支撑。随着激光功率密度和脉冲整形能力的不断提升，实验所能探索的压力（101～103 GPa）及应变率（106～1010 s−1）范围不断突破；而利用激光打靶产生的高亮X射线脉冲作为探测源，建立动态衍射和成像技术，可以实现高空间和时间分辨率下材料塑性变形机制的实时原位研究。简要介绍了基于大型激光装置的原位微介观实验技术及其在材料塑性变形行为研究中的应用，系统梳理了近二十年来具有代表性的研究成果，阐明了相关研究对推动材料动态响应多尺度物理建模的重要价值。
微介观尺度下材料结构的实时演化行为是决定其动态力学性能的关键因素。大型激光装置作为集加载和诊断能力为一体的综合实验平台，为高温、高压、高应变率等极端条件下材料动态力学性能的微介观尺度研究提供了重要支撑。随着激光功率密度和脉冲整形能力的不断提升，实验所能探索的压力（101～103 GPa）及应变率（106～1010 s−1）范围不断突破；而利用激光打靶产生的高亮X射线脉冲作为探测源，建立动态衍射和成像技术，可以实现高空间和时间分辨率下材料塑性变形机制的实时原位研究。简要介绍了基于大型激光装置的原位微介观实验技术及其在材料塑性变形行为研究中的应用，系统梳理了近二十年来具有代表性的研究成果，阐明了相关研究对推动材料动态响应多尺度物理建模的重要价值。
