超強超快激光照亮微觀瞬間——用于ICF的雙時刻X射線源

      封面呈現了用于診斷激光慣性約束聚變（ICF）內爆靶丸壓縮狀態的雙時刻 X 射線照相技術的原理圖。納秒激光輻照金腔產生軟 X 射線，驅動靶丸高速內爆。雙束皮秒拍瓦激光在不同時刻入射金屬微絲靶，產生兩個高亮度的微焦點X 射線源。該技術基于點投影方式對內爆靶丸進行近同軸背光照相，能夠在單一發次中獲取兩個時刻的高能 X 射線高分辨率照相圖像，進而獲得時變的靶丸壓縮不對稱性、面密度等內爆關鍵物理信息。

研究背景

      高能量密度物理領域中包含了大量極端條件下的超快瞬態過程，如ICF靶丸內爆壓縮過程、極端加載下材料演化過程等，獲得這些超快瞬態過程的高時空分辨動態演化圖像對于理論模型驗證、發現新物理機制具有重要意義。

      皮秒拍瓦激光驅動的高能X射線源具有皮秒級時間分辨、微米級空間分辨及高能高穿透等特性，采用這種射線源發展的點投影背光照相技術已在超快瞬態過程診斷中得到大量應用。然而，單束皮秒激光?僅能驅動單個X射線源實現單發單時刻的高能X射線背光照相，難以捕捉動態過程的多時刻演化特征。

      為突破這一限制，建設多束大能量皮秒激光裝置成為了發展多時刻高能X射線背光照相技術的關鍵。中國科學院上海光學精密機械研究所的神光II升級裝置具備16束納秒激光與2束皮秒激光聯合打靶的實驗能力。基于該裝置可發展雙時刻高能X射線背光照相技術，但仍需解決雙時刻皮秒X射線源的產生與表征、抗串擾的照相靶設計等關鍵問題。

創新工作

      為了突破高能 X 射線背光照相關鍵技術，研究團隊依托神光Ⅱ升級裝置開展了間接驅動高Z靶丸內爆過程雙時刻X射線背光照相實驗設計，系統完成了雙背光源產生和抗串擾靶的設計和仿真驗證、照相及能譜診斷設計等關鍵技術研究。

      圖1（a）展示了雙時刻X射線照相的基本原理圖。為了解決皮秒激光高能X射線源在照相圖像上的相互串擾問題，設計了圖1（b）中的空間分離的雙背光源的構型，結合屏蔽高能X射線的限光結構，可以實現雙束照相光路空間分開。

      在完成靶設計后，利用蒙特卡洛程序對靶丸的背光照相進行了模擬。模擬獲得的不同亮度雙X射線源照相圖像見圖1(c)。上下兩圖的診斷孔內均見清晰的靶丸圖像，弱背光源照相未受到強背光源的干擾，驗證了抗串擾照相靶設計的可行性。

圖1 雙時刻X射線照相實驗設計。（a）雙時刻X射線照相原理圖；（b）雙絲背光靶；（c）靶丸X光照相仿真結果；（d）實驗診斷排布

      研究團隊成功開展了高Z殼內爆靶丸雙時刻高能X射線背光照相實驗。圖2展示了典型的單發雙時刻高能X射線照相實驗圖像。本發次中照相客體為鍍金單殼層靶，外直徑φ 為700 μm，從外向內依次為CH燒蝕層、金層和玻璃球殼；金腔長3.4 mm，激光注入口直徑1 mm。在延遲納秒激光前沿2 ns后，利用第9路皮秒激光驅動直徑10 μm的金絲靶產生X射線源；在延遲3.5 ns時，利用A構型皮秒激光驅動同參數的絲靶產生X射線源，依次對內爆靶丸進行照相。

      圖2（a）和（c）為成像板記錄高能X射線圖像，平均能點約為35 keV，直穿區域的信噪比（SNR）分別為17和18，靶丸區域的對比度噪聲比（CNR）分別為3和7，成像分辨率為(12.5±1.5) μm。從高分辨照相圖像上可以直接分析壓縮靶丸的時變不對稱性，本發實驗中P3、P4顯著增長，主要是由于實驗中納秒激光驅動不對稱性導致的。

圖2 內爆靶丸雙時刻照相圖像。(a) 和 (c) 分別為2 ns和3.5ns 時刻的高能X射線照相圖像；(b) 和 (d) 為對應時刻的面密度分布

總結

      本文基于神光II升級裝置的雙束皮秒激光打擊雙絲靶產生的雙X射線源，成功實現了對高Z殼內爆靶丸的雙時刻高能X射線背光照相。實驗獲得了時變的靶丸壓縮不對稱性、面密度、體密度、質量等內爆關鍵物理信息，并診斷了皮秒雙X射線源和照相干擾源的能譜特性。

參考文獻： 中國光學期刊網

您好，可以免費咨詢技術客服[Daisy]

官網 筱曉(上海)光子技術有限公司

歡迎大家給我們留言，私信我們會詳細解答，分享產品鏈接給您。

免責聲明：

資訊內容來源于互聯網，不代表本網站及新媒體平臺贊同其觀點和對其真實性負責。如對文、圖等版權問題存在異議的，請聯系我們將協調給予刪除處理。行業資訊僅供參考，不存在競爭的經濟利益。