基于X射线荧光成像的惯性约束聚变内爆混合实验方法研究

Implosion mix is an important issue in the laser-drive inertial confinement fusion research, it is considered as a key factor to achieve fusion ignition. Currently, experimental approaches for studying the implosion mix is limited, for instance, they only give the information on the mix of hot matter, whereas they are invalid to give complete information for cold bulk matter. In this project, we propose a novel approach to exlpore the implosion mix which is based on X-ray fluorescence imaging. The X-ray fluorescence imaging is, in principle, an effective diagnosis to solve the problem of the current experimental approaches, and it has the ability to diagnose the perturbation evolution of 3-dimensional and multi-interfaces fluid. The X-ray fluorescence imaging can trace the temporal evolution of interfaces of hydrodynamics instability, shock-wave front and heat flow, and it can obtain the important information of internal hydrodynamic fields. Once the current project is successfully completed, theoretical simulation and numerical emulation of dynamic X-ray fluorescence imaging can be established, and the diagnostic technique based on laser facilities can be established. The X-ray fluorescence imaging will be applied in the implosion mix study, and the implosion mix mass and the temporal evolution of mix growth will be obtained.

内爆混合研究是激光驱动惯性约束聚变物理研究中一个重要的课题，被认为是关系到聚变点火成功与否的关键因素之一。目前用于内爆混合研究的实验手段具有一定的局限性。比如，这些实验手段都只能反应高温物质的混合，而对于冷的而且还保持块状的物质混合，目前实验手段则不能全面表征混合的真实信息。本项目中，提出和建立一种基于X射线荧光成像技术的内爆混合研究方法，X射线荧光成像在原理上是解决现有实验技术局限性的一种极具潜力的诊断方法，其具备三维流体多界面扰动演化的诊断能力，可以追踪流体力学不稳定性界面，冲击波波阵面、热流等结构的演化过程，获取其他诊断方法无法获取的内部流场等重要信息。通过本项目的研究，将建立面向内爆混合研究的动态X射线荧光成像理论模拟和数值仿真能力，建立基于激光装置的动态X射线荧光成像诊断技术，开展荧光成像在惯性约束聚变内爆混合实验研究中的应用研究，获得内爆混合量及其演化发展的时间过程。

流体力学不稳定性与混合是惯性约束聚变研究（ICF）中的关键科学问题，特别是混合量的诊断与表征技术，对于理解混合过程的发展并对其进行调控具有非常重要的意义。本项目建立了用于惯性约束聚变内爆混合研究的实验新方法，获得内爆混合过程的混合量的定量信息以及混合发展的时间演化过程。在极端条件复杂流体运动规律实验研究方面，掌握了荧光信号强度预估方法，开展了静态荧光成像实验，确证了荧光信号的产生，获得了不同针孔尺寸下空间分辨、荧光强度、信噪比等参数，检验了X射线荧光成像理论模型。开展了动态荧光成像实验，演示了用两种荧光元素预置方式，指示不同性质的流体运动特征。在激光聚变研究中心某大型激光装置上，利用光谱学实验方法，得到内爆压缩减速段气体-壳层界面混合量增长的时间演化过程，为校验辐射流体力学模型提供了崭新的实验数据。