Normaski偏振干涉法诊断等离子体电子密度及激光成道的探索

摘要

获得干净的聚变能源一直是科学家孜孜追求的理想。激光器问世以后，惯性约束聚变成了实现这一理想的一条重要途径。此外，惯性约束聚变还在多个领域的科学研究方面具有重要的应用，如天体物理、流体力学、物质状态方程、等离子体物理等。 “快点火”概念的提出，从理论上大幅降低了实现聚变所需的驱动激光能量，实现聚变的难点转移到：a)超强超短激光的产生及其与等离子体的相互作用；b)如何实现点火环节的精密配合使得有效的引发靶丸点火。激光成道作为一种可能解决点火难题的方法，受到了研究者的广泛关注。 针对激光成道物理的研究，作者设计了一套诊断方法，对激光成道预等离子体进行了研究，并对激光成道进行了探索。 本论文首先回顾了激光发展的历史，简单介绍了惯性约束聚变，快点火，以及等离子体激光探针诊断方法。 第二章介绍了所建立等离子体电子密度诊断方法。实验发现采用设计的四倍频激光探针时，探针信号强度不够，因此改用二倍频激光探针。设计了Normaski偏振干涉仪，分析解决了实验中的一些具体问题，获得了静态干涉条纹。 第三章介绍了用第二章中建立的方法诊断等离子体电子密度的结果。获得了不同靶材料等离子体的靶面法向电子密度分布，以及铜等离子体电子密度的时间演化。与理论模拟结果进行了比较，发现理论与实验差别很大。还进行了激光成道实验探索，由于激光功率密度太低，实验中没有观察到通道结构。最后对以后的实验提出了一些设想。 第四章介绍了三年中作者参加的X射线激光方面的工作。 第五章是全文的简单总结。

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第一章绪论

1.1惯性约束聚变(ICF)基本概念

1.2快点火能量及增益

1.3激光成道、金锥

1.4等离子体光学探针诊断

第二章激光探针及Normaski偏振干涉仪设计

2.1激光探针设计

2.1.1光波在非线性介质中的传播

2.1.2四倍频晶体的选择

2.1.3晶体光轴的确定

2.1.4晶体安装、调节

2.1.5晶体整体调节

2.1.6倍频、四倍频效率

2.2 Normaski偏振干涉仪设计

2.2.1 Normaski偏振干涉仪组成

2.2.2 Normaski偏振干涉仪条纹产生原理

2.2.3 Normaski干涉仪空间分辨率

2.2.4干涉条纹宽度计算

2.2.5干涉条纹方向的选择

2.2.6软X光CCD接收像的选择

2.2.7静态干涉条纹

第三章等离子体电子密度诊断实验结果及激光成道探索

3.1实验方案

3.2等离子体电子密度诊断实验结果及分析

3.2.1等离子体电子密度反演

3.2.2探针激光诊断电子密度范围

3.2.3 CH等离子体电子密度分布

3.2.4铜等离子体电子密度分布

3.2.5铜等离子体的时间演化

3.2.6平行靶面方向等离子体电子密度分布

3.3激光成道探索

3.4小结

第四章 X射线激光相关研究

4.1 多层膜元件标定

4.2 X射线激光M-Z干涉法诊断等离子体电子密度

4.2.1 X射线激光M-Z干涉法实验方案

4.2.2 M-Z干涉法诊断CH等离子体的实验结果

4.3类镍钽X射线激光优化实验

4.3.1类镍钽X射线激光优化实验的方案

4.3.2类镍钽X射线激光优化实验的结果

4.4利用皮秒激光驱动瞬态X射线激光

4.4.1瞬态X射线激光的基本原理

4.4.2长短脉冲联合驱动实验方案

4.4.3实验结果与简单讨论

第五章总结

致谢

参考文献

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