利用X射线激光诊断中、高Z材料等离子体电子密度分布

在高温稠密等离子体研究中，由于各种原因，理论模拟程序目前还不完善，需要进行一些实验来进行比对、校验。独特的优点使得软X射线激光探针诊断技术成为进行这些实验的一种很好的方法。其(10~30)nm的波长，既不短也不长，正适合诊断理论最感兴趣的临界面附近的等离子体，并且能够获得优于1微米的诊断空间分辨率；良好的相干性，使其能够实现干涉诊断从而直接给出等离子体电子密度。这些明显的优势已在诊断低Z材料等离子体中很好的体现，并已对程序的校验起到了一定的作用。为了更好的校验程序，迫切需要进行更大范围，特别是中、高Z材料等离子体的实验诊断。在此背景下，本项目拟定开展利用软X射线激光探针干涉方法对中、高Z等离子体进行实验诊断的研究。通过仔细研究以往的实验，制订了比较合理的消除中、高Z材料等离子体自发辐射对信号影响的方案，有希望得到预期的结果，为相关理论程序提供检验的实验样本。

在惯性约束聚变、高能密度物理等领域的研究中，高温高密度等离子体状态演化是重要的研究内容。由于实验测量的难度，目前研究方法主要集中在计算机理论模拟方面，并且在建模、计算方法和参数选择等方面存在诸多不完善，模拟得到的结果未必能够反映实际情况。在这种条件下，通过设计一些简单实验来校对理论模型和程序就显得尤为重要。.独特的优点使得软X射线激光探针诊断平面靶等离子体成为一种非常好的“简单”实验。软X射线激光(10~30)nm的波长，正合适诊断理论最感兴趣的临界面附近的等离子体，并且能够获得达到1微米的诊断空间分辨率；良好的相干性，能够实现干涉诊断从而直接给出等离子体电子密度。相关研究已对程序的校验起到了一定的作用，然而这些研究还是远远不够的，主要表现在待诊断等离子体主要是低Z材料，如CH、Al等。低Z材料结构简单、等离子体自发辐射小、实验容易实施。但是中、高Z材料与低Z材料有明显的不同，仅依靠低Z材料的实验结果校对的参数是否对物理过程更加复杂的中、高Z材料等离子体适用，存在较大的不确定性。另一方面，在诸如ICF间接驱动等研究中，中、高Z（特别是高Z）材料等离子体的特性尤为重要，因此，开展中、高Z材料等离子体状态的诊断是非常必要的。.本项目采用波长13.9nm的类镍银软X射线激光探针双频光栅干涉诊断技术，开展了激光辐照中、高Z材料（以金为例）产生的等离子体的电子密度分布诊断研究，通过采用诸如成像镜光阑法、焦点小孔滤波法、光栅衍射法等特定的技术，成功的抑制了高Z材料等离子体自发辐射噪声过强对探针信号的影响，获得了非常清晰的金等离子体干涉条纹图像。通过对图像的处理，测量得到最高电子密度数值为5.5 ×10^21cm^-3，达到了驱动激光对应临界密度的1.4倍，这是利用相关探针方法获得的最高电子密度，也是首次获得临界面以上的电子密度测量结果。这一结果充分表明了软X射线激光双频光栅干涉诊断技术在诊断中、高Z材料等离子体临界面附近电子密度分布方面的能力。通过把实验结果与理论模拟结果对比，发现其中明显的差异，对于优化理论模型和模拟程序的相关参数具有很好的参考价值。