X射線探針診斷技術(shù)是慣性約束聚變(ICF)實(shí)驗(yàn)研究中的一種重要診斷方法,常用于觀測(cè)極端條件下的復(fù)雜體系內(nèi)高溫稠密等離子體的時(shí)空演化,用以校驗(yàn)理論物理模型及數(shù)值模擬程序。輻射源探針的品質(zhì)關(guān)乎實(shí)驗(yàn)診斷的成敗,是評(píng)價(jià)診斷技術(shù)方案可行性的重要依據(jù)。利用強(qiáng)激光產(chǎn)生的等離子體X光源具有皮秒量級(jí)時(shí)間分辨,幾十微米的空間分辨能力,是最為契合ICF相關(guān)實(shí)驗(yàn)診斷需求的輻射源。本論文以ICF實(shí)驗(yàn)診斷需求為牽引,以建立1-60keV波段的X射線診斷能力為目標(biāo),開展了納秒激光及超短脈沖激光驅(qū)動(dòng)X光源特性及其應(yīng)用研究。博士期間的主要工作內(nèi)容可分為兩個(gè)部分:開展納秒激光驅(qū)動(dòng)Multi-keV波段的X射線背光源特性及優(yōu)化研究,為當(dāng)前神光Ⅱ裝置上開展的各類ICF實(shí)驗(yàn)研究提供高效診斷探針源。具體內(nèi)容如下:1.為建立高質(zhì)量的納秒級(jí)鈦背光探針,在神光Ⅱ裝置上開展了雙脈沖驅(qū)動(dòng)及氣凝膠優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)對(duì)X射線輻射源的各類特征參量(如輻射源空間尺度、時(shí)間波形、能譜分布等)分析,結(jié)合輻射流體力學(xué)程序模擬,對(duì)神光Ⅱ裝置實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的鈦背光源輸出能力進(jìn)行了評(píng)估。2.以X射線背光成像診斷技術(shù)對(duì)輻射面源的需求為牽引,開展了納秒激光驅(qū)動(dòng)鈦、氯...

【文章頁(yè)數(shù)】：152 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 X射線輻射源簡(jiǎn)介
    1.3 論文安排
第一部分 納秒激光驅(qū)動(dòng)Multi-keV波段X光源特性及應(yīng)用研究第二章 激光等離子體產(chǎn)生的Multi-keV X光源特性
    2.1 激光等離子體X光源
    2.2 Multi-keV波段X射線的產(chǎn)生過(guò)程
        2.2.1 逆韌致吸收
        2.2.2 Multi-keV輻射的產(chǎn)生
    2.3 Multi-keV波段X射線特征參量性質(zhì)
        2.3.1 Multi-keV波段X射線的能譜特性及變化規(guī)律
            2.3.1.1 K殼層X(jué)射線
            2.3.1.2 L殼層X(jué)射線
            2.3.1.3 M殼層X(jué)射線
            2.3.1.4 自由-束縛連續(xù)譜
            2.3.1.5 光譜分布變化規(guī)律
        2.3.2 時(shí)間行為
        2.3.3 輻射源尺寸
        2.3.4 輻射角分布
        2.3.5 X射線轉(zhuǎn)換效率與激光特征參數(shù)之間的關(guān)系
            2.3.5.1 激光脈寬與CE
            2.3.5.2 激光波長(zhǎng)與CE
            2.3.5.3 材料原子序數(shù)與CE
            2.3.5.4 激光功率密度與CE
            2.3.5.5 激光入射角與CE
            2.3.5.6 X射線譜寬與轉(zhuǎn)換效率CE
    2.4 Multi-keV波段X射線的優(yōu)化研究
        2.4.1 氣體靶的啟示
            2.4.1.1 “整體加熱”效應(yīng)
            2.4.1.2 “超聲速加熱”效應(yīng)
        2.4.2 輻射源效率優(yōu)化方法
            2.4.2.1 低密度摻雜氣凝膠優(yōu)化方案
            2.4.2.2 “預(yù)爆炸薄膜靶”優(yōu)化方案
            2.4.2.3 內(nèi)襯腔優(yōu)化方案
        2.4.3 Multi-keV X光源輻射源優(yōu)化小結(jié)
    2.5 總結(jié)
第三章 納秒激光驅(qū)動(dòng)鈦背光源優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究
    3.1 研究背景
    3.2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)排布
        3.2.1 雙脈沖優(yōu)化方案
        3.2.2 疏松靶優(yōu)化方案
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    3.4 數(shù)值模擬分析
        3.4.1 模擬工具
        3.4.2 計(jì)算初始條件
        3.4.3 數(shù)值模擬結(jié)果
            3.4.3.1 單脈沖驅(qū)動(dòng)(DP) K-α輻射功率與靶厚
            3.4.3.2 雙脈沖驅(qū)動(dòng)(SP) K-α輻射功率與靶厚
            3.4.3.3 原因分析
        3.4.4 數(shù)值模擬小結(jié)
    3.5 結(jié)論
第四章 納秒激光驅(qū)動(dòng)Multi-keV面源背光實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 研究需求
    4.2 模擬預(yù)估分析
    4.3 實(shí)驗(yàn)方案
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.4.1 等離子體能譜分布
        4.4.2 Multi-keV波段X射線輻射區(qū)域
        4.4.3 Multi-keV波段背光源脈沖寬度
        4.4.4 Multi-keV波段背光源輻射相對(duì)強(qiáng)度比較
    4.5 背光診斷應(yīng)用研究
    4.6 結(jié)論
第五章 納秒激光驅(qū)動(dòng)Cu背光源特性及優(yōu)化研究
    5.1 研究目標(biāo)
    5.2 實(shí)驗(yàn)排布
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.3.1 背光源發(fā)光區(qū)域
        5.3.2 背光源能譜
        5.3.3 X射線輻射脈寬
        5.3.4 實(shí)驗(yàn)小結(jié)
    5.5 數(shù)值模擬分析
        5.5.1 K-α輻射模擬
            5.5.1.1 預(yù)脈沖作用下的K-α射線輻射
            5.5.1.2 不同初始密度的氣凝膠優(yōu)化結(jié)果
        5.5.2 L殼層輻射模擬
            5.5.2.1 不同初始密度
            5.5.2.2 不同功率密度
        5.5.3 正入射模擬
        5.5.4 結(jié)論
    5.6 應(yīng)用研究
    5.7 總結(jié)
第六章 超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)X光源研究簡(jiǎn)介
    6.1 需求牽引
    6.2 K_α射線產(chǎn)生原理
        6.2.1 超熱電子加速機(jī)制
            6.2.1.1 共振吸收
            6.2.1.2 真空加熱
            6.2.1.3 J×B加熱
        6.2.2 超強(qiáng)超短激光與固體相互作用的簡(jiǎn)單物理模型
            6.2.2.1 有限尺度的平面靶內(nèi)產(chǎn)生K_α光子的模型
            6.2.2.2 K_α光子產(chǎn)額與靶厚度之間的關(guān)系
            6.2.2.3 K_α光子產(chǎn)額與熱電子溫度之間的關(guān)系
            6.2.2.4 K_α光子產(chǎn)額與原子序數(shù)Z之間的關(guān)系
    6.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        6.3.1 超短脈沖驅(qū)動(dòng)K_α光源特性研究
        6.3.2 靶構(gòu)型對(duì)X射線產(chǎn)額優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究
        6.3.3 瞬態(tài)透視照相技術(shù)及應(yīng)用研究
    6.4 總結(jié)
第七章 皮秒激光驅(qū)動(dòng)K_α光源實(shí)驗(yàn)研究
    7.1 研究目的與意義
    7.2 實(shí)驗(yàn)排布
    7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        7.3.1 Cu-K_α能譜及發(fā)光區(qū)
        7.3.2 電子能譜測(cè)量
        7.3.3 K_α輻射與功率密度的關(guān)系
        7.3.4 不同的靶厚度條件下的K_α源
    7.4 瞬態(tài)透視照相技術(shù)探索—K_α背光探針靜態(tài)投影成像
    7.5 總結(jié)
第八章 皮秒激光驅(qū)動(dòng)K_α光源數(shù)值模擬分析
    8.1 PIC/MC模思路及近似假設(shè)
        8.1.1 基本物理圖像
        8.1.2 物理過(guò)程分析:電子加速與碰撞輸運(yùn)
            8.1.2.1 PIC與MC模擬特點(diǎn)
            8.1.2.2 分離模擬依據(jù)
    8.2 數(shù)值模擬物理模型
        8.2.1 PIC程序的計(jì)算物理模型
        8.2.2 電子能量及運(yùn)動(dòng)軌跡統(tǒng)計(jì)方法
            8.2.2.1 激光作用階段的超熱電子信息統(tǒng)計(jì)方法
            8.2.2.2 激光作用階段的電子輸運(yùn)(MC)計(jì)算方法
            8.2.2.3 激光結(jié)束后階段的超熱電子信息的統(tǒng)計(jì)方法
            8.2.2.4 激光結(jié)束后階段的電子輸運(yùn)(MC)計(jì)算方法
            8.2.2.5 總的統(tǒng)計(jì)結(jié)果
    8.3 不同初始密度分布模擬
        8.3.1 初始設(shè)置
        8.3.2 模擬結(jié)果
            8.3.2.1 激光到電子的能量轉(zhuǎn)化率
            8.3.2.2 電子到K_α射線的轉(zhuǎn)化效率
            8.3.2.3 激光到K_α射線的能量轉(zhuǎn)化效率CE
        8.3.3 電子能譜對(duì)比分析
            8.3.3.1 電子溫度與激光功率的變化規(guī)律
            8.3.3.2 超熱電子能量隨激光功率的變化規(guī)律
    8.4 電子加速機(jī)制分析
    8.5 總結(jié)
        8.5.1 模擬結(jié)論
        8.5.2 模擬中存在的問(wèn)題-近似假設(shè)
        8.5.3 模擬中存在的問(wèn)題-計(jì)算模型不足之處
            8.5.3.1 激光加載階段計(jì)算模型的不足
            8.5.3.2 激光結(jié)束階段計(jì)算模型的不足
        8.5.4 改進(jìn)與研究展望
第九章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
個(gè)人發(fā)表學(xué)術(shù)論文、專利及學(xué)術(shù)活動(dòng)情況



本文編號(hào)：3750541