兆高斯量级轴向磁场下激光与黑腔相互作用的实验研究

Generating high temperature symmetrical clean radiation source by the interaction of high power laser with high-Z hohlraum is one of the important research contents of high energy density physics. Under conditions of high power long pulse laser, plasma filling and laser-plasma nonlinear process are two major factors influencing hohlraum radiation quality. This project group proposed using axial megagauss magnetic field to suppress plasma filling and laser-plasma nonlinear process. The capacitor-hohlraum target was put forward based on capacitor-coil target, so megagauss axial magnetic field can be generated in hohlraum by the interaction of high power laser with capacitor-hohlraum target, and then the interaction of laser with the magnetized hohlraum can be investigated. This project is of great significance in hohlraum energetics and laser interaction with magnetized plasma.

利用高功率激光与高Z材料黑腔相互作用产生高温、对称、干净的辐射源是高能量密度物理领域重要的研究内容之一。在高功率、长脉冲激光条件下，黑腔内部的等离子体填充和激光等离子体非线性过程是目前影响黑腔辐射品质的两个主要因素。项目组提出利用兆高斯量级轴向磁场抑制腔内的等离子体填充和激光等离子体非线性过程。为了在黑腔内部产生兆高斯量级的轴向磁场，本项目在电容-线圈靶的基础上提出了电容-黑腔靶，拟利用高功率激光打靶在黑腔内部产生兆高斯量级的轴向磁场，然后开展激光与磁化黑腔相互作用的实验研究。本项目对黑腔能量学、激光与磁化等离子体相互作用等方面的研究都具有重要的意义。

LPI问题作为制约NIF实现聚变点火的关键因素之一，近年来逐渐成为研究的重点。黑腔等离子体填充是导致LPI复杂化的主要原因，它直接影响了激光的能量耦合效率和能量沉积位置，进而影响黑腔的辐射场品质。为了解决黑腔的等离子体填充问题，项目组提出利用兆高斯量级轴向磁场抑制腔壁等离子体的径向运动，进而控制腔内的等离子体填充，为入射激光提供传输通道。基于这一想法，课题组开展了大量的理论预估和数值模拟研究，确定了开展实验研究的参数空间，并在此基础上开展实验探索。项目组利用SG2第九路1.8kJ，1ns基频光与线圈靶相互作用，产生了峰值强度达到500T左右的脉冲强磁场，并将该磁场与黑腔耦合，研究激光与磁化黑腔的相互作用。项目组利用分幅相机沿黑腔轴向观测腔内X光发光区域的时间演化过程，测量结果表明，强磁场显著改变了腔内的等离子体分布，在腔内形成一个低密度的等离子体空泡，并且在SRS光谱上出现了明显的短波截止现象，这些现象都表明了强磁场对腔内等离子体径向运动的抑制作用，首次从实验上验证了兆高斯量级轴向强磁场在控制腔内等离子体填充方面的作用。利用磁场对腔内等离子体径向运动的抑制作用，有望用磁化真空黑腔替代充气黑腔，对激光惯性约束聚变的靶设计具有潜在的应用价值。