X光分幅相机在黑腔等离子体填充特性研究中的应用

　　在ICF研究中,尽管目前在国际上提出了快点火的新思想,但中心热斑点火仍然是美国国家点火装置(NIF,192束,1.8 MJ,500 TW)实现点火首选的技术途径。对中心点火而言,高的内爆效率不仅要求高的辐射驱动能量,同时对靶丸的辐照均匀性和干净性有十分严格的要求。要达到上述要求,从激光腔靶耦合角度就要求激光能量主要沉积在腔壁附近,并以面发射的形式在腔壁附近将激光能量转换为软X光,控制X光发射的强度和空间位置,从而控制靶丸的辐照均匀性。这不仅要求腔壁附近的等离子体有高的激光吸收效率和X光转换效率,同时要求黑腔内部的等离子体电子密度足够低,保持激光向腔壁的能量传输通道畅通[1-3]。

　　多轮激光腔靶耦合实验建立了多种1 ns应用辐射源,理论和实验研究均表明,神光Ⅱ标准腔在1 ns脉宽输出条件下激光烧蚀腔壁产生的Au等离子体没有充足的时间填充黑腔,黑腔内Au等离子体状态对激光传输和X光发射没有显著影响。但是在长脉冲激光(>2 ns)作用下,黑腔靶中激光直接烧蚀产生的等离子体和X光烧蚀产生的等离子体向腔内的运动会改变激光能量的沉积位置(激光着靶点准确性)和X光转换区的位置,从而影响时间相关的辐射场的对称性和激光与腔靶之间的能量耦合效率。

　　微通道板(microchannel plate, MCP)选通X射线皮秒分幅相机(X-ray framing camera, XFC)是在激光聚变实验物理研究中观测X光辐射2维空间信息及其随时间的演变进程的重要工具[4-6]。利用分幅相机对腔靶等离子体的堵腔效应和聚心速度初步探索,有助于了解腔内Au等离子体时空演化过程,从而进一步优化腔靶设计,提高激光腔靶能量耦合效率。

　　1　实　验

　　实验布局如图1所示。腔靶轴线南北放置,南注入口背面位于基准位置,诊断口(diagnostic hole, DH)朝东。分幅相机从正南水平方向通过激光注入孔(laser entrance hole, LEH)观测全腔靶激光注入和等离子体移动情况。1台7道软X光谱仪(Dante 1)从水平面上北偏东30°通过LEH测量腔内时间分辨辐射温度Tr(t);1台7道软X光谱仪(Dante 2)从正东水平方向通过DH测量腔内赤道区时间分辨辐射温度Tr(t)。

　　8束波长为351 nm的三倍频激光注入全腔靶,每束激光能量约300 J,激光注入率大于90%,波形为2.4 ns的方波,激光离焦量400μm。实验方案要求8束激光同步注入,然而由于靶场原因本轮黑腔物理实验所有发次8束激光都不同步,第1,第6和第8路共3束激光提前500 ps注入腔内。

　　为了对比堵孔情况,实验共采用3种尺寸的靶型:标准腔靶尺寸800μm×1 350μm,LEH500μm;标准腔放大的1.25倍腔1 000μm×1 800μm,LEH加大到600μm;放大的1.5倍腔1 200μm×2 100μm,LEH600μm。3种靶型靶壁厚度皆25μm,DH400μm,同时DH上贴约0.5μm厚的CH有机膜,目的是减少诊断孔缩孔影响,提高测量精度。