激光与金属靶蒸气相互作用的简化物理模型和激光维持爆震波

发展了一个激光与靶蒸气相互作用的简化物理模型,应用这个模型对激光维持爆震波(Laser Supported Detonation Waves,即LSDWs)的点火机理、传播规律作了数值研究并取得了较好的结果。在物理模型中,假定电子和离子组分之间处于非局部热动平衡,采用欧拉坐标中的电子和离子双温流体力学方程组描述金属靶蒸气的运动;采用平衡电离假定,求解Sa-ha方程;激光吸收机理为逆轫制过程;电子和离子之间通过Coulomb碰撞、电子和中性原子之间通过弹性势散射交换能量;分别考虑电子和离子热传导。计算得到的LSD波阈值与实验结果合理地符合,并且LSD波阈值与激光脉宽的关系表现出典型的幂规律I_(TH)∝τ_P~(-1/2)。此外,还得到了一些关于LSD波屏蔽效应的有益结果,在LSD波充分发展的阶段,LSD波阵面的光学厚度可达5～10的量级,这表明LSD波具有很强的屏蔽作用。     

金属泡沫Al激光靶的研制

介绍金属泡沫Ａｌ激光靶的制备工艺,并对金属泡沫Ａｌ的密度,结构和成分进行了分析测试。     

超短脉冲激光与固体靶相互作用的硬X射线能谱

本实验使用高纯锗探测器，运用单光子法，对超短脉冲激光与固体铜靶相互作用产生的硬X射线能谱进行测量。实验结果表明：在激光强度I≈8×10¹⁶W/cm²的P极化光以45°入射角照射5 mm铜靶、探测立体角为4.5×10^－6的实验条件下，产生的硬X射线的能量主要集中在低于100keV能量范围内，超热电子温度分别为(7.4±0.7)keV和(19.5±1.6)keV。     

高功率KrF准分子激光及束靶相互作用研究进展

6束角多路高功率KrF系统经运行考验,对MOPA系统光学元件、激光开关、同步高压脉冲触发系统等影响系统稳定的因素进行了改进。经专家小组检查,实测电子束能量不稳定性小于5％,激光能量稳定性可达到5％～10％（每炮能量重复）。 用此系统的一束激光（30J/23ns）配合上海光机所进行了受激喇曼散射（SRS）实验,脉冲宽度压缩实验效率约为17％,脉宽压缩15倍。此外,在前端进行了受激布里渊散射（SBS）压缩脉宽研究工作。 进行了束靶作用初步实验,包括X射线针孔照像、离子飞行时间测量以及探测器（光电     

强激光与固体靶相互作用所致硬X射线剂量和能谱的实验测量

为了研究强激光与固体靶相互作用产生的电离辐射危害,本文在星光Ⅲ300TW强激光装置上开展了一系列激光打靶实验。实验使用的激光功率密度为5×10~(18)~4×10~(19)W/cm~2,激光脉冲能量为60~153J,靶为直径1mm、厚度1mm的Ta圆柱,本文分别对X射线剂量、X射线能谱和超热电子能谱进行了测量。实验结果表明,测量到的单发最大X射线剂量约为16.8mSv,靠近激光传播方向(0°),距靶50cm处;激光0°方向的X射线剂量随激光功率密度的增加而显著增加,激光90°方向的X射线剂量随激光功率密度的变化相对较小;测量到的X射线能谱可大致用含有两个X射线温度的指数分布函数描述,其中0°方向测量到的X射线温度为0.4~1.15 MeV,90°方向测量到的X射线温度为0.25~0.54 MeV;实测超热电子温度与Wilks定标率符合较好。     

紫外超短脉冲激光与固体靶相互作用产生超热电子能谱测量

利用电子磁谱仪测量紫外超短脉冲激光与固体等离子体相互作用产生超热电子的能谱,在无预脉冲、激光强度为1017 W/cm2的条件下,紫外(248 nm)超短(440 fs)脉冲激光与固体(Cu)等离子体相互作用产生超热电子的能谱呈双温麦克斯韦分布, 超热电子温度为81 keV,激光吸收的主导机制为真     

预脉冲对超短激光与薄膜靶相互作用加速产生质子的影响

采用波长为744 nm、聚焦功率密度为6×10¹⁶W/cm²的超短激光分别与两种不同厚度的铝薄膜靶相互作用,根据鞘层加速机制在靶后法线方向测量质子束角分布和能谱随靶厚度的变化,研究了预脉冲对质子加速的影响。随着薄膜靶厚度的降低,质子计数迅速增加,但当薄膜靶厚度太薄时,激光预脉冲形成的预等离子体影响了薄膜靶的面型,导致质子横向发散角迅速增加,而薄膜靶面型的破坏减少了激光与等离子体相互作用过程中的电子回流,从而降低了超热电子的产生和鞘层加速电场的维持,影响了质子的加速能谱。因此,超短脉冲激光与薄膜靶相互作用加速产生质子束,应尽量降低预脉冲,不能采用太薄的薄膜靶,以避免预等离子体影响薄膜靶的面型,导致质子的能量降低、发散角增大。     

强激光与固体靶相互作用所致硬X射线剂量的蒙特卡罗模拟

本文利用蒙特卡罗程序FLUKA建立了强激光与固体靶相互作用所致硬X射线剂量估算模型,通过与文献结果进行比较,对计算模型进行了验证。利用该计算模型研究了不同电子温度、不同靶材料(包括金、铜和聚乙烯3种常见靶材)和厚度对X射线剂量的影响。计算结果表明,X射线剂量与电子温度密切相关,并会受到靶参数的影响。相同靶厚情形下,Au靶产生的X射线剂量约为Cu靶产生的X射线剂量的1.2倍,约为PE(聚乙烯)产生的X射线剂量的5倍。另外,相较于其他靶厚,当选取电子的平均射程为靶厚时,产生的X射线剂量较大。这些计算结果将为强激光装置中电离辐射剂量的评估提供相关参考。     

超短超强激光与固体靶相互作用所致X射线剂量实验研究

超短超强激光与固体靶相互作用可产生显著的X射线剂量,其辐射防护问题是辐射防护和激光等离子体物理的学科交叉问题,对超短超强激光装置安全运行至关重要。为验证清华大学所提出的剂量评估公式,对超短超强激光与固体靶作用所产生的X射线剂量开展了实验研究。设计了用于屏蔽靶室内超热电子和散射光子的屏蔽结构,仅测量超热电子和固体靶作用所产生的X射线剂量,并开展蒙特卡罗模拟评估其屏蔽效果。基于星光 Ⅲ激光装置对不同激光功率密度（7×1018~4×1019 W/cm2）下不同角度上的X射线剂量开展了实验测量,并与不同的剂量评估公式结果进行了比较分析,实验中还对不同剂量测量探测器的响应进行了比较。计算结果表明,所设计的屏蔽结构能很好地屏蔽超热电子和散射光子。实验结果表明,清华大学所提出的剂量评估公式较文献公式能更好地与实验结果吻合。随激光功率密度的增加,前向的X射线剂量较侧向增加得更快。     

强激光与固体靶相互作用所致硬X射线的辐射安全初步研究

激光技术的迅速发展使得国际国内涌现出一批强激光装置,而这些装置中强激光与固体靶相互作用所致硬X射线产生的辐射危害也逐渐被人们发现和重视.通过广泛的调研,对强激光与固体靶产生硬X射线的物理过程及其源项特点进行了分析和讨论,包括激光到电子的能量转换效率,热电子能谱和电子温度,以及热电子所产生硬X射线的能谱等,并且得到了激光强度在1014到1020 W/cm2之间的激光与靶相互作用后,产生的X射线剂量的初步评估结果.最后以斯坦福直线加速器中心(SLAC)的一个强激光装置为例,介绍了其辐射安全系统的初步设计.研究结果为强激光装置的辐射安全评估及其安全系统设计提供了相关参考.     

ICF靶用纳米厚金属薄膜中超声波的激光激励

简要介绍了激光超声和干涉仪检测原理,实现了一个激光超声实验。实验中,用调Q Nd:YAG固体激光器在超薄薄膜200 nm Al/Au/Ag中激励高频超声,用迈克尔逊干涉仪对超声进行了检测,对获得的信号进行傅里叶变换,获得了激励的振动频率。3种薄膜中产生的单一频率的超声振动分别为32.36、26.17和29.39 MHz。本工作对纳米薄膜的超声检测有一定的参考和借鉴作用。     

飞秒激光-薄膜靶相互作用中快电子和快质子前向发射的研究

采用飞秒激光与金属薄膜靶相互作用,测量了前向(靶背方向)发射的快电子和快质子.实验显示:快电子主要沿靶背法线附近发射且有较大的发散角,这与PIC模拟的结果一致;快质子发射方向与快电子大体一致,但其发散角远小于快电子.原因在于电子产生和加速在靶前(激光辐照面),在输运中受过密等离子体和靶的散射;而质子来源于靶背的含H污染物,并由靶法线鞘加速机制(TNSA)加速,未受散射地到达探测器.快电子和快质子能谱给出的快电子有效温度和质子最大能量较好地满足定标关系Emax=αTh,其中α≈2.     

激光多层靶的研制

文章简述了Ｃｕ－Ｆｏｒｍｖａｒ－Ａｌ－Ｆｏｒｍｖａｒ多层芭的制备工艺。其工艺过程是：先在载玻片上蒸镀Ｃｕ，再涂Ｆｏｒｍｖａｒ膜，脱膜装靶后再蒸镀Ａｌ。由于Ｆｏｒｍｖａｒ只受一次热蒸发，制备出了平整度满足要求的激光多层靶。     

稀土元素自支撑金属靶的制备

采用GD-450A型真空镀膜机,极限真空为5×10~(-6)mmHg,最大功率为5.5kW。每对电极允许通过的最大电流为188A。蒸发器是用0.2mm厚的钽片做成舟形(如图1所示)。基片采用2mm厚的普通窗玻璃、裁成所需的形状和大小。基片架是用紫铜板做成,固定在一个密封轴上,可以在真空室外控制基片架水平移动。装置如图2所示。     

滚轧法制备金属Rh,Co和Mo靶

一、引言1—10μm的Rh,Co和Mo金属箔是核物理研究中常用的核靶,但国内厂家一般不生产这种薄膜,只能由实验室自己制作。滚轧法是获得金属薄膜的有效方法。因Rh,Co和Mo的塑性差,用冷轧技术很难得到<10μm的金属膜。我们采用退火滚轧工艺,成功地为核物理实验制备了上述三种元素的金属薄靶。     

CSNS简化实验缪子源的靶区物理研究

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)是一台基于散裂反应的大型的多学科研究平台。2018年8月竣工并正式运行。实验缪子源(Experimental Muon Source,EMuS)是CSNS未来规划建设的重要研究平台之一。根据多步发展的规划,简化方案(Baby Scheme)的实验缪子源将优先考虑建设,设计运行功率5 kW。利用蒙特卡罗粒子输运程序FLUKA模拟1.6 GeV高能质子束轰击碳靶过程,研究了废质子束流处理、靶上能量沉积、缪子束的产生和本底及整个靶区的辐射情况和屏蔽方案等。确定了靶室材料为铝合金材料,优化的屏蔽体结构成功将剩余剂量控制在2.5μSv·h-1以下,为周边维护人员提供低放射环境。     

激光与原子团簇相互作用实验系统的建立

研究建立了激光与原子团簇相互作用的实验系统。该系统包括团簇产生系统、真空系统、激光与团簇同步系统、聚焦系统，以及激光与团簇相互作用诊断设备。给出了系统性能测试结果。      

两束紫外超短脉冲与固体靶相互作用光路的搭建

双脉冲打靶实验中传统光路的能量损失大,会使能量密度降低一个数量级。由于光学实验平台空间有限,镜子又多,调节和搭建复杂,实验调节和测得结果的准确性很低。于是搭建了一个新的可调控的光路,使实验效率和准确性大大提高。传统双脉冲光路示意图示于图1。图1传统双脉冲光路示意