納秒激光脈沖驅動的高強度數千電子伏X射線源的研究.pdf

1、X射線廣泛地應用于慣性約束聚變(ICF)和高能量密度物理(HEDP)中的高密度物質診斷。使用高亮度X射線源進行診斷，不但能讓我們獲得高密度時的物理信息，還可以進一步擴展我們的研究對象，例如成分的百分比、密度、材質和厚度等等。這使得我們更加關注高亮度X射線源的產生。X射線源的常用產生途徑之一是高功率激光脈沖與靶相互作用。一般地，我們可以通過提高激光能量來獲得高亮度X射線源。然而在具體的實驗中，實驗自身的要求和激光裝置的損傷閾值會限制輸出的

2、最大激光能量。在此情況下，提高X射線的轉換效率，才會產生更亮的X射線源。因此，我們更加關心高效的X射線源。本研究主要內容包括：
　?、哦鄬颖∧ぐ?。提出了一種新型的高效Multi-keV X射線源----多層薄膜靶的概念。采用一維拉格朗日輻射流體力學程序Multi1D進行了數值模擬，結果表明鈦多層薄膜靶可以產生非常類似鈦低密度靶的等離子體狀態(tài)，與鈦低密度靶具有相近的Multi-keV X射線發(fā)射。鈦多層薄膜靶和鈦低密度靶的轉換效率均

3、是固體平面靶的3倍以上。多層薄膜靶比低密度靶制作簡單、可選材料豐富，不但回避了低密度（泡沫）靶復雜的制作工藝，還提供了豐富的X射線能段以供選擇。通過鈦多層薄膜靶的初步實驗，證明了多層薄膜靶可以增大Multi-keV X射線的發(fā)射區(qū)域。通過模擬，研究了鈦多層薄膜靶的Multi-keV X射線轉換效率與膜層間距、薄膜厚度和激光脈沖波形的關系。此外，本文還介紹了鈦多層薄膜靶在背光成像中的成功應用，得到了較高質量的金網格圖像。
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4、度靶。采用Multi1D模擬激光脈沖入射鈦低密度靶，研究了Multi-keV X射線轉換效率與靶初始密度的關系。最大的轉換效率對應的密度為最佳初始密度。進一步的模擬結果顯示，低密度靶的最佳初始密度隨激光功率增加而增大，隨激光脈寬增大而減小，隨著原子序數Z增加而減小。Multi1D中的限流因子f在高激光功率密度時才對最佳初始密度具有影響，此時f越大，最佳初始密度越高。在相同的入射激光總能量時，方波脈沖是最適合低密度靶Multi-keV X

5、射線發(fā)射的激光波形，其效果優(yōu)于始終保持超聲速燒蝕的整形脈沖。簡單的理論模型對低密度靶的Multi-keV X射線發(fā)射進行了分析，給出了低密度靶的最佳初始密度，其結果與Multi1D模擬得到的最佳初始密度基本一致。本文給出以燒蝕熱波與稀疏波的速度比值1.5作為判斷低密度靶最佳初始密度的定量標準。
　?、强涨话?。在神光Ⅲ原型激光裝置上首次開展了關于鈦空腔靶Multi-keV X射線輻射特征的研究。X射線針孔相機的結果顯示，Multi-

6、keV X射線主要在腔軸附近發(fā)射。鈦空腔靶有無底部鈦膜的對比實驗結果證明了底膜能夠有效提高Multi-keV X射線的發(fā)射。根據不同內徑鈦空腔靶的結果，采用聚心特征時間作為空腔靶內徑的優(yōu)化依據，給出了優(yōu)化的空腔靶內徑d=αCsτ，其中α值為1.4-1.8（Cs為離子聲速，τ為激光脈寬）。通過上述三種高效Multi-keV X射線源的細致研究，理清了提高Multi-keVX射線發(fā)射的物理圖像。通過對激光參數和靶參數的細致研究，給出了以上三