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激光聚变靶丸壳层的状态参数诊断 张继彦缪文勇杨国洪张文海李军 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 在激光间接驱动内爆研究中，为了测量内爆区等离子体的电子温度，电子密度等状态参 数，实验中一般通过观测内爆过程中靶丸内部中高z离子的K壳层发射谱线的谱线展宽及谱 线相对强度比来推断这些参数．本文对最近在神光II装置上开展的这方面研究工作进行了 简要介绍- 实验中采用八路激光注入标准柱腔驱动玻璃壳聚变靶丸实现聚心内爆，用PET平晶谱仪 对内爆过程中靶丸的x射线发射谱进行时间积分测量。在空间分辨与空间积分两种测量方式 中，均观测到了Si元素的K壳层发射谱线．利用实验谱中两条si线Hea和Lyct线的强度比， 并假设靶丸壳层满足局域热动平衡条件，．得出壳层等离子体时空平均电子温度约为430eV， 该结果与采用辐射流体动力学数值模拟给出的电子温度范围基本一致．另外，对si元素Lyct 线的伴线结构进行了分析，通过理论计算给出了2p2(3P)-1s2p(3P)跃迁线与 2s s 2p(3P)-12s(3p，3s)跃迁线的强度的强度比对电子密度的敏感特性曲线，并利用实验中可 以分辨的伴线系之间的相对强度比与相关理论计算结果比对，对内爆靶丸壳层的电子密度进 行7诊断，得出靶丸壳层电子密度大约为(7．0-9．o)x10”cm-3． 关键词：激光聚变内爆等离子体诊断 1．引言 惯性约束聚变(ICF)是实现可控聚变反应的一种重要途径，世界上各土要发达国家均投 入巨资开展这方面的研究I：作，并已经取得了重要进展。惯性约束聚变主要分为激光直接驱 动内爆与激光与腔靶耦合的辐射驱动内爆。在实验中，内爆压缩过程中靶丸燃料区的状态参 数诊断是一项重要工作内容。是检验理论数值模拟程序的前提。 激光聚变靶丸内爆区密度极高，通常的光学诊断方法已无法使用，x光诊断方法是极少 数可_【{；J的方法之一。其中，利用内爆区发射的X光线谱展宽及相对线强度推断电子密度与温 度是重要的光谱学诊断方法，受到了r+泛的关注”“。通常，在靶丸内爆区的温度密度条件 中原子能级的劈裂等因素造成的，它主要与等离子体中电子密度有关，而Doppler展宽是由 r等离子体中粒子的热运动造成的，与电子温度有关。在上述两种展宽机制中。Stark展宽 比Dopp]er展宽人一个量级以上，因此，通过实验光谱的总宽度可以较为准确地得到Stark 展宽量，从而可以用丁．电子密度的诊断。另外一种诊断稠密等离子体电子密度的方法是Lyct 的儿率非常小，而2∥‘D2-ls2p‘P。跃迁的上能级则主要通过双电子复合布居，它们的强度比 是电子密度的敏感函数，对温度几乎不敏感且受不透明度影响非常小，因此是较为理想的一 种诊断手段。此外，伴线作为诊断]：具的另一个优点是它仅在靶丸被匝缩到高温高密度状态 的一个相对短促的时间里发射，不像共振线的发射一般会持续较长段时间，因此，在没有时 一375— 间分辨的情况r，伴线也能更好地反映内爆区等离子体的状态。 本文主要介纠在神光II激光装置上开展的激光间接驱动(辐射驱动)内爆实验中靶丸 状态参数诊断方面的研究r作进展。给出了实验打靶情况，对诊断中采用的x射线光谱学诊 断模型进行理论分析与计算，并通过实验与理论比较推断山内爆靶丸的基本状态参数。 2实验 激光间接驱动内爆实验在神光II八路人能量激光装置上进行。实验所_}}j靶丸采用玻璃 壳层(主要成分为SiC·或siOz)作为推进层，玻璃壳层外面包裹一层cH材料烧蚀层，靶丸内 部充有约10个人气压的Dz或DT气体。靶丸的驱动米白y-注入金柱腔的八路总能最约2KJ 的3‰钕玻璃激光产生的强x光辐射。金丰手腔的侧壁上开有州1i观测靶丸状态的诊断孔，从 该诊断孔方向，_L}；|配接狭缝的平面品体谱仪对靶丸发射的高能x射线光谱进行空间分辨观 测，其中空间分辨狭缝宽度约15p．m。实验中测到了si元素的空间分辨K壳层发射线谱，结 果如图l所示。 图1实验测量得到的内爆区Ar示踪元素的x射线发射谱图象。其中上图与F图 分别为第094发次和第095发次的空间分辨实验测姑结果。 3．理论模型 中高z等离子体的K壳层发射谱中，在类H离子发射的Lyct线的长波侧，存在一组比 较特殊的发射谱线群，它们具有与兆振线同样的电子跃迁方式，但在跃迁