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低密度泡沫金激光-X射线转换特性模拟研究

董云松 杨家敏 张璐 尚万里

低密度泡沫金激光-X射线转换特性模拟研究

董云松, 杨家敏, 张璐, 尚万里
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  • 在激光间接驱动惯性约束聚变中, 激光首先与黑腔壁高Z等离子体相互作用转换成强X射线辐射, 再通过高Z腔壁的X射线再辐射而在靶丸表面产生对称辐射以驱动其内爆, 改善腔中激光X射线转换特性非常重要. 利用一维辐射流体程序模拟研究了低密度泡沫金对激光X射线转换特性的影响, 结果表明: 在固定激光参数条件下, 随着Au材料密度降低, 激光X射线转换效率提高, 当泡沫Au密度为0.1 g/cm3时, 转换效率相对提高19%; 同时, 金M带辐射份额随之减少; 对于发光区运动, 存在合适的泡沫Au密度使其得到有效抑制. 从能量平衡的角度分析了转换效率提高的原因: 在激光与低密度泡沫Au作用时, 转换为流体力学动能损耗的能量份额与固体Au相比有所降低, 因而相应的辐射能份额增加. 低密度泡沫Au改善激光X射线转换特性是实现黑腔腔壁优化的一种途径, 模拟结果为进一步开展相应实验研究提供了依据.
    • 基金项目: 中国工程物理研究院重点发展基金(批准号: 2011A0102005)资助的课题.
    [1]

    Lindl J D, Amendt P, Berger R L, Glendinning S G, Glenzer S H, Haan S W, Kauffman R L, Landen O L, Suter L J 2004 Phys. Plasmas 11 339

    [2]

    Sigel R, Eidmann K, Lavarenne F, Schmalz R F 1990 Phys. Fluids B 2 199

    [3]

    Eidmann K, Schmalz R F, Sigel R 1990 Phys. Fluids B 2 208

    [4]

    Mead W C, Stover E K 1988 Phys. Rev. A 38 5275

    [5]

    Gabl E F, Failor B H, Busch G E, Schroeder R J, Ress D, Suter J 1990 Phys. Fluids B 2 2437

    [6]

    Dahmani F 1992 Phys. Fluids B 4 1943

    [7]

    Zhang J 1990 High Power Lasers and Particle Beams 2 179 (in Chinese) [张钧 1990 强激光与粒子束 2 179]

    [8]

    Li Y S, Huo W Y, Lan K 2011 Phys. Plasmas 18 022701

    [9]

    Huser G, Courtois C, Monteil M C 2009 Phys. Plasmas 16 032703

    [10]

    Yang J M, Meng G W, Zhu T, Zhang J Y, Li J H, He X A, Yi R Q, Xu Y, Hu Z M, Ding Y N, Liu S Y, Ding Y K 2010 Phys. Plasmas 17 062702

    [11]

    Ze F, Kania D R, Langer S H, Kornblum H, Kauffman R, Kilkenny J, Campbell E M, Tietbohl G 1989 J. Appl. Phys. 66 1935

    [12]

    Nishimura H, Endo T, Shiraga H, Kato Y, Nakai S 1992 Appl. Phys. Lett. 62 1344

    [13]

    Rosen M D, Hammer J H 2005 Phys. Rev. E 72 056403

    [14]

    Young P E, Rosen M D, Hammer J H, Hsing W S, Glendinning S G, Turner R E, Kirkwood R, Schein J, Sorce C, Satcher J H, Hamza A, Reibold R A, Hibbard R, Landen O, Reighard A 2008 Phys. Rev. Lett. 101 035001

    [15]

    Zhang L, Ding Y K, Yang J M, Wu S C, Jiang S E 2011 Phys. Plasmas 18 033301

    [16]

    Jones O S, Schein J, Rosen M D, Suter L J, Wallace R J, Dewald E L, Glenzer S H, Campbell K M, Gunther J, Hammel B A, Landen O L, Sorce C M, Olson R E, Rochau G A, Wilkens H L, Kaae J L, Kilkenny J D, Nikroo A, Regan S P 2007 Phys. Plasmas 14 056311

    [17]

    Ramis R, Schmalz R, Meyer-ter-vehn J 1988 Comput. Phys. Commun. 49 475

    [18]

    Atzeni S, Merer-ter-vehn J 2004 The Physics of Inertial Fusion (1st Ed.) (New York: Oxford University Press) p195

    [19]

    Dewald E L, Rosen M D, Glenzer S H, Suter L J, Girard F, Jadaud J P, Schein J, Constantin C, Wagon C, Huser G, Neumayer P, Landen O L 2008 Phys. Plasmas 15 072706

    [20]

    Zhang J, Chang T Q 2004 Fundaments of the Target Physics for Laser Fusion (Beijing: National Defense Industry Press) p164 (in Chinese) [张钧, 常铁强 2004 激光核聚变靶物理基础 (北京: 国防工业出版社) 第164页]

  • [1]

    Lindl J D, Amendt P, Berger R L, Glendinning S G, Glenzer S H, Haan S W, Kauffman R L, Landen O L, Suter L J 2004 Phys. Plasmas 11 339

    [2]

    Sigel R, Eidmann K, Lavarenne F, Schmalz R F 1990 Phys. Fluids B 2 199

    [3]

    Eidmann K, Schmalz R F, Sigel R 1990 Phys. Fluids B 2 208

    [4]

    Mead W C, Stover E K 1988 Phys. Rev. A 38 5275

    [5]

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    Li Y S, Huo W Y, Lan K 2011 Phys. Plasmas 18 022701

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    Huser G, Courtois C, Monteil M C 2009 Phys. Plasmas 16 032703

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    Ze F, Kania D R, Langer S H, Kornblum H, Kauffman R, Kilkenny J, Campbell E M, Tietbohl G 1989 J. Appl. Phys. 66 1935

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    Nishimura H, Endo T, Shiraga H, Kato Y, Nakai S 1992 Appl. Phys. Lett. 62 1344

    [13]

    Rosen M D, Hammer J H 2005 Phys. Rev. E 72 056403

    [14]

    Young P E, Rosen M D, Hammer J H, Hsing W S, Glendinning S G, Turner R E, Kirkwood R, Schein J, Sorce C, Satcher J H, Hamza A, Reibold R A, Hibbard R, Landen O, Reighard A 2008 Phys. Rev. Lett. 101 035001

    [15]

    Zhang L, Ding Y K, Yang J M, Wu S C, Jiang S E 2011 Phys. Plasmas 18 033301

    [16]

    Jones O S, Schein J, Rosen M D, Suter L J, Wallace R J, Dewald E L, Glenzer S H, Campbell K M, Gunther J, Hammel B A, Landen O L, Sorce C M, Olson R E, Rochau G A, Wilkens H L, Kaae J L, Kilkenny J D, Nikroo A, Regan S P 2007 Phys. Plasmas 14 056311

    [17]

    Ramis R, Schmalz R, Meyer-ter-vehn J 1988 Comput. Phys. Commun. 49 475

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    Atzeni S, Merer-ter-vehn J 2004 The Physics of Inertial Fusion (1st Ed.) (New York: Oxford University Press) p195

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    [20]

    Zhang J, Chang T Q 2004 Fundaments of the Target Physics for Laser Fusion (Beijing: National Defense Industry Press) p164 (in Chinese) [张钧, 常铁强 2004 激光核聚变靶物理基础 (北京: 国防工业出版社) 第164页]

  • [1] 高云峰, 詹明生, 冯健, 王继锁. 光场及原子-光场耦合的非线性对腔内原子辐射谱的影响. 物理学报, 2001, 50(7): 1279-1283. doi: 10.7498/aps.50.1279
    [2] 黄仙山, 谢双媛, 羊亚平. 各向异性光子晶体中Λ型原子的自发辐射性质. 物理学报, 2006, 55(2): 696-703. doi: 10.7498/aps.55.696
    [3] 杨国洪, 张继彦, 张保汉, 周裕清, 李 军. 金激光等离子体X射线精细结构谱研究. 物理学报, 2000, 49(12): 2389-2393. doi: 10.7498/aps.49.2389
    [4] 5—200?范围激光等离子体X射线辐射特性研究. 物理学报, 1990, 39(6): 80-84. doi: 10.7498/aps.39.80
    [5] V.K.Senecha, 张杰, 王薇. 对激光等离子体中X射线的产生与辐射加热研究. 物理学报, 2002, 51(3): 590-595. doi: 10.7498/aps.51.590
    [6] 裴文兵, 常铁强, 张钧. 激光等离子体非平衡X射线发射谱理论研究. 物理学报, 1995, 44(11): 1766-1775. doi: 10.7498/aps.44.1766
    [7] 陈波, 郑志坚, 丁永坤, 李三伟, 王耀梅. 双示踪元素X射线能谱诊断激光等离子体电子温度. 物理学报, 2001, 50(4): 711-714. doi: 10.7498/aps.50.711
    [8] 邹晓兵, 王新新, 张贵新, 韩 旻, 罗承沐. 喷气式Z箍缩等离子体辐射软X射线能谱的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1289-1294. doi: 10.7498/aps.55.1289
    [9] 王琛, 安红海, 王伟, 方智恒, 贾果, 孟祥富, 孙今人, 刘正坤, 付绍军, 乔秀梅, 郑无敌, 王世绩. 利用软X射线双频光栅剪切干涉技术诊断金等离子体. 物理学报, 2014, 63(12): 125210. doi: 10.7498/aps.63.125210
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    [11] 高启, 张传飞, 周林, 李正宏, 吴泽清, 雷雨, 章春来, 祖小涛. Z箍缩Al等离子体X辐射谱线的分离及电子温度的提取. 物理学报, 2014, 63(9): 095201. doi: 10.7498/aps.63.095201
    [12] 王瑞荣, 王 伟, 王 琛, 董佳钦, 孙今人, 万炳根. 双驱动x射线激光等离子体能谱特性研究. 物理学报, 2003, 52(3): 556-560. doi: 10.7498/aps.52.556
    [13] 郭奇志, 沈文达, 朱莳通. 强激光等离子体中光子的运动. 物理学报, 1995, 44(3): 396-400. doi: 10.7498/aps.44.396
    [14] 许 琰, 颜 君, 孟广为, 张继彦, 杨家敏, 杨国洪, 丁耀南, 汪 艳. 辐射加热Al等离子体的吸收谱实验. 物理学报, 2008, 57(2): 985-989. doi: 10.7498/aps.57.985
    [15] 高启, 张传飞, 周林, 李正宏, 吴泽清, 雷雨, 章春来, 祖小涛. Z箍缩Al等离子体X特征辐射谱线数值模拟及考虑叠加效应后的修正. 物理学报, 2014, 63(12): 125202. doi: 10.7498/aps.63.125202
    [16] 薛飞彪, 郭 存, 李正宏, 杨建伦, 徐荣昆, 章法强, 叶 凡, 金永杰. 利用凸晶摄谱仪获取Z箍缩等离子体X辐射单色图像. 物理学报, 2008, 57(3): 1792-1795. doi: 10.7498/aps.57.1792
    [17] 郝作强, 张 杰, 张 喆, 奚婷婷, 郑志远, 王兆华, 远晓辉. 空气中激光等离子体通道的三次谐波辐射研究. 物理学报, 2005, 54(7): 3173-3177. doi: 10.7498/aps.54.3173
    [18] 唐永建, 郑志坚, 丁耀南, 冯杰, 陈晓峰. 激光等离子体辐射温度时间特性测量研究. 物理学报, 1990, 39(6): 75-79. doi: 10.7498/aps.39.75
    [19] 郭凯敏, 高 勋, 郝作强, 鲁毅, 孙长凯, 林景全. 空气中飞秒激光等离子体荧光辐射光谱研究. 物理学报, 2012, 61(7): 075212. doi: 10.7498/aps.61.075212
    [20] 李娜, 白亚, 刘鹏. 激光等离子体太赫兹辐射源的频率控制. 物理学报, 2016, 65(11): 110701. doi: 10.7498/aps.65.110701
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-08-14
  • 修回日期:  2012-11-10
  • 刊出日期:  2013-04-05

低密度泡沫金激光-X射线转换特性模拟研究

  • 1. 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900;
  • 2. 清华大学工程物理系, 北京 100084
    基金项目: 

    中国工程物理研究院重点发展基金(批准号: 2011A0102005)资助的课题.

摘要: 在激光间接驱动惯性约束聚变中, 激光首先与黑腔壁高Z等离子体相互作用转换成强X射线辐射, 再通过高Z腔壁的X射线再辐射而在靶丸表面产生对称辐射以驱动其内爆, 改善腔中激光X射线转换特性非常重要. 利用一维辐射流体程序模拟研究了低密度泡沫金对激光X射线转换特性的影响, 结果表明: 在固定激光参数条件下, 随着Au材料密度降低, 激光X射线转换效率提高, 当泡沫Au密度为0.1 g/cm3时, 转换效率相对提高19%; 同时, 金M带辐射份额随之减少; 对于发光区运动, 存在合适的泡沫Au密度使其得到有效抑制. 从能量平衡的角度分析了转换效率提高的原因: 在激光与低密度泡沫Au作用时, 转换为流体力学动能损耗的能量份额与固体Au相比有所降低, 因而相应的辐射能份额增加. 低密度泡沫Au改善激光X射线转换特性是实现黑腔腔壁优化的一种途径, 模拟结果为进一步开展相应实验研究提供了依据.

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