納秒激光脈沖驅(qū)動的高強度數(shù)千電子伏X射線源的研究.pdf

1、X射線廣泛地應(yīng)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(zhì)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(zhì)和厚度等等。這使得我們更加關(guān)注高亮度X射線源的產(chǎn)生。X射線源的常用產(chǎn)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(zhuǎn)換效率，才會產(chǎn)生更亮的X射線源。因此，我們更加關(guān)心高效的X射線源。本研究主要內(nèi)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(shù)值模擬，結(jié)果表明鈦多層薄膜靶可以產(chǎn)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(zhuǎn)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(fù)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(zhuǎn)換效率與膜層間距、薄膜厚度和激光脈沖波形的關(guān)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(yīng)用，得到了較高質(zhì)量的金網(wǎng)格圖像。
　　⑵低密

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(zhuǎn)換效率與靶初始密度的關(guān)系。最大的轉(zhuǎn)換效率對應(yīng)的密度為最佳初始密度。進一步的模擬結(jié)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(shù)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(jié)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(guān)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(jié)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(jié)果證明了底膜能夠有效提高Multi-keV X射線的發(fā)射。根據(jù)不同內(nèi)徑鈦空腔靶的結(jié)果，采用聚心特征時間作為空腔靶內(nèi)徑的優(yōu)化依據(jù)，給出了優(yōu)化的空腔靶內(nèi)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(shù)和靶參數(shù)的細致研究，給出了以上三