激光聚变等离子体Thomson散射诊断

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激光等离子体物理是激光聚变及高能量密度物理研究中的一个重要内容,激光等离子体耦合、电子热传导及相关的X光辐射都和等离子体参数密切相关。作为目前精度最高的一种诊断手段,Thomson散射可以细致测量激光等离子体中的各种密度涨落,研究相关的参量不稳定性过程;还可以高时空分辨地测量等离子体温度、密度和有效电荷数等一整套参数,为激光聚变模拟程序的校核及相关物理机制的研究提供基准数据。Thomson散射诊断已经被发展成为激光等离子体参数诊断的一种标准方法。 电子热传导是激光聚变中非常重要的能量输运过程,它对等离子体参数的时空分布有重要影响,从而影响激光等离子体耦合及X辐射场的特性。电子热传导机制的研究对激光等离子体物理细致研究及数值模拟程序正确建模有着重要意义。 本论文中,作者在“神光Ⅱ”装置上建立并发展了Thomson散射珍断技术,在国际上首次成功地开展了Au腔靶等离子体的Thomson散射,同时对Au盘靶等离子体中电子热传导机制进行了定量分析。本论文的主要工作有: 在“神光Ⅱ”装置上建立了一套较成熟的Thomson散射诊断系统。诊断系统由收光系统,反射镜系统,谱仪、条纹相机和电荷耦合器件(CCD)等设备组成。在精密调试下,诊断系统能够达到≤0.6(?)谱分辨,50μm的空间分辨和50ps的时间分辨,满足了高精度参数诊断的要求。为了满足Au腔靶中复杂等离子体位形的Thomson散射诊断的需要,进一步改进了调试方法,设计专用的光学平台提高了诊断系统的探测效率和稳定性,同时为“神光Ⅱ”装置上等离子体参数高精度诊断奠定了技术基础。 编写了一套完备的Thomson散射谱拟合程序,对Thomson散射参数诊断开展了数值研究。程序考虑了温度不均匀性引起的电子-离子相对漂移,更全面的分析了等离子体不均匀性对散射的影响。研究发现,等离子体不均匀性和有限收集立体角对它的影响很小,可以用无梯度单一收集立体角的拟合程序简化处理,这对实验设计及数据处理有重要指导作用。拟合程序被用于Thomson散射的精细拟合及电子热传导的研究。 先后在“神光Ⅱ”装置上成功地开展了Au盘靶、Au腔靶的Thomson散射实验,通过实验数据分析,得到了如下主要结论: 1.在国内首次开展了大能量激光聚变实验条件下的Thomson散射实验,高精度地测量了Au盘靶等离子体一系列空间点的Thomson散射谱。特别地,成功地测量到了离靶面仅50μm距离的高密度等离子体区域的Thomson散射谱,这在国外大激光装置下的Thomson散射实验中也很少见,反映了实验Thomson散射诊断系统在高密度区域诊断能力的优越性,为后面Au腔靶等离子体的Thomson散射诊断奠定了基础。 2.高精度地获得了“神光Ⅱ”条件下Au盘靶等离子体参数的一整套时空分布数据。分析发现,Au等离子体可以分为传导区和冕区,其中温度和流速的时空行为在定性上可以用自相似模型解释,由于实验属于三维布局,定量的研究必须依靠大型数值模拟程序。对实验谱形的细致拟合发现,等离予体非均匀性对Thomson散射谱有重要影响,但是并
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