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《強激光與粒子束雜志》2016年第8期

摘要:

在神光Ⅲ和神光Ⅲ原型裝置上基于平面孔靶研究了激光掛邊及本底X光發射情況。能量卡計直接測量激光掛邊份額；X光針孔相機給出本底X光發射的空間圖像；平響應X光探測器測量本底X光的強度。實驗結果表明：在神光Ⅲ原型上800μm注入孔時，針孔圖像中本底X光計數與黑腔漏失輻射流計數的比值約為1．2％；在神光Ⅲ上1000μm注入孔時，平響應X光探測器測得的本底X光干擾的峰值約為2．7％，能量卡計測得的激光掛邊份額約為2．6％。此外，根據神光Ⅲ的實驗參數模擬計算了激光掛邊份額和本底X光的干擾。與實驗結果的對比說明了該模型的正確性，可以用該模型評估激光掛邊及本底X光發射情況，同時可以用該模型指導注入孔尺寸的選擇。

關鍵詞：

平面孔靶；激光掛邊；本底X光；X光針孔相機；平響應X光探測器

激光間接驅動慣性約束聚變（ICF）［13］通常利用Au黑腔將激光轉換為X光，由X光驅動黑腔內的氘氚靶丸內爆并最終達到聚變點火。作為靶丸內爆的直接驅動源，黑腔內的X光輻射流需要精密測量。最常用的方法是通過測量從黑腔激光注入孔（LEH）漏失［45］的X光來定量腔內的X光輻射流。然而，從注入孔漏失的X光只是腔內X光的小部分，所以這種測量容易受到本底X光的干擾。注入孔邊沿掛邊的激光所轉換的X光是本底X光的主要來源。激光掛邊份額定義為掛邊的激光能量與總激光能量的比值。實驗上獲得激光掛邊份額以及隨著產生的本底X光強度評估本底對輻射流測量的影響具有重要意義。以往的實驗通過結合平面孔靶和能量卡計來獲得激光掛邊份額［6］。將一個平面孔靶放置于靶點處，單束激光注入平面孔靶，能量卡計放置在注入孔的另一側用于收集穿過的激光能量?？偟募す饽芰繙p去穿孔的激光能量即為掛邊的激光能量，從而由激光掛邊能量和總激光能量獲得激光掛邊份額。激光掛邊份額和激光轉換效率相結合可以估算由激光掛邊帶來的本底X光。然而，該方法只能對一束激光進行單次測量，并且不能直接獲得由激光掛邊帶來的本底X光；此外，激光轉換效率是一個難以精確診斷的量，因此該方法估算的本底X光可能存在較大誤差。本文在該方法的基礎上進行推廣。仍然將平面孔靶置于靶點處，多束激光單側注入平面孔靶，X光針孔相機平響應X光探測器置于激光的同側用于觀察和測量掛邊激光所產生的本底X光。這種方法既能獲得激光掛邊的直接圖像，又能夠直接測量本底X光強度，并能對多束激光入射的情況進行觀測。通過對比平面孔靶的本底X光和腔靶的LEH漏失X光，獲得了本底X光對黑腔輻射流測量的干擾。同時，根據實驗參數模擬計算了激光掛邊和本底X光，與實驗結果的對比說明了模型的正確性。

一、實驗排布

實驗在神光Ⅲ原型和神光Ⅲ上進行。實驗布局如圖1所示，靶沿軸線豎直放置在球形靶室中心，激光通道對稱分布靶室的上下半球。X光針孔相機放置在上半球，其與靶軸線的夾角為20°。一組平響應X光探測器放置在上半球的不同角度，以此獲得不同觀測角的LEH漏失輻射流和本底X光輻射流數據。事實上，腔靶有上下兩個激光注入孔，它們分別對上端和下端注入的激光存在掛邊效應。考慮到對稱效應，可以僅研究上端激光在上注入孔的掛邊情況，此時只有上端激光注入，如圖1所示。由于研究的是上端注入激光的掛邊效應和對應的本底X光，因此XPHC和FXRD也放置在靶室的上半球。

二、實驗結果

2.1針孔相機測量結果

2.2犉犡犚犇測量結果

2.3激光穿孔效率與激光掛邊份額 

三、模擬計算與分析

3.1激光掛邊份額．

3.2本底X光

3.3分析

通過上述計算結果與實驗的對比，說明了計算的正確性。然而，實驗得到的激光掛邊份額和本底X光強度都略高于計算值。這可能是因為實際的激光條件更加惡化，或者多束激光交叉時導致了激光光斑的增大，從而提高激光掛邊份額和本底X光強度。式（2）假設本底X光是在上半平面均勻分布，然而圖4顯示本底X光強度與角度呈負相關關系。這可能是因為本底X光有前向發射的趨勢。此外，模型只能給出本底X光強度的峰值，并不能給出本底X光強度的時間行為。在黑腔實驗中，我們往往更關注黑腔峰值輻射流，因此也更關注峰值本底X光強度及其對黑腔峰值輻射流的影響。則該簡化模型可以用于估計神光Ⅲ上激光的掛邊份額及其對應的峰值本底X光。本實驗通過平面孔靶直接測量了激光掛邊份額及對應的本底X光。在腔尺寸相同的情況下，認為腔內的輻射流不變，此時本底X光的干擾將高達13％。這既嚴重地干擾了黑腔漏失輻射流測量的準確性，也嚴重的浪費了激光能量。在腔尺寸相同的情況下，認為腔內的輻射流不變，此時本底X光的干擾將高達13％。這既嚴重地干擾了黑腔漏失輻射流測量的準確性，也嚴重的浪費了激光能量。

四、結論

本文基于平面孔靶研究了激光掛邊及其隨著產生的本底X光發射情況。X光針孔相機獲得了本底X光發射的空間圖像；FXRD直接測量了本底X光的強度。通過平面孔靶與腔靶的實驗結果對比，獲得了激光掛邊帶來的本底X光對黑腔漏失輻射流測量的影響。在神光Ⅲ的現有實驗條件下，注入孔1000μm時帶來的本底X光干擾小于FXRD本身的測量不確定度，可以認為此時本底X光對黑腔漏失輻射流的測量沒有影響。同時，本文建立了一個簡單模型用于計算激光掛邊份額及其對應的本底X光峰值。計算與實驗的對比說明了該簡化模型的正確性，可以由該模型指導激光注入孔的尺寸設計。

作者:李琦 李三偉 郭亮 李志超 楊冬 單位:中國工程物理研究院激光聚變研究中心清華大學工程物理系