金激光等离子体的空间分辨x射线发射谱及其应用..doc

第15卷第10期2003年10月强激光与粒子束HIGH POWER LASER AND PARTICLE ,.,2003文章编号: 100124322(20031020981204金激光等离子体的空间分辨X射线发射谱及其应用Ξ张继彦, 杨国洪, 郑志坚, 杨家敏, 丁耀南, 张文海, 李军(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900 摘要: 在星光II激光装置上,采用PET平面晶体谱仪与宽20μm的狭缝构成一维空间分辨光谱测量系统,对金平面靶激光等离子体进行观测,获得了沿靶面法向一维空间分辨的金M带发射谱。在实验谱中观察到了Au元素类Ni离子的电四极跃迁线3p63d10(1S023p53d104d(3/2,5/2J=1。利用电四极跃迁线对电子密度的敏感特性,开展了金激光等离子体电子密度诊断的尝试,确定出利用该谱线进行电子密度诊断的有效范围大致在1019~×1021cm-3之间。关键词: 金激光等离子体; 电四极跃迁线; 空间分辨; 等离子体诊断; 电子密度中图分类号: O536; 文献标识码: A 激光产生的热稠密等离子体的状态参数诊断是惯性约束聚变实验研究工作的重要内容。在目前的间接驱动聚变研究中,常采用激光与金柱腔耦合产生的等离子体作为驱动靶丸的X光辐射源,腔等离子体的状态直接影响内爆过程及靶丸状态,了解这些状态对改进实验条件,提高内爆效率具有指导作用。对等离子体状态参数的实验诊断主要有主动式和被动式两类方法,即光学探针法(主动式和光谱学诊断法(被动式。电子密度是等离子体最重要的状态参数之一。根据不同的等离子体密度范围,通常所采用的诊断手段有紫外光全息干涉法[1]、Thomson散射法[2]、双电子复合伴线强度比法以及K壳层发射谱线的Stark展宽法等[3~9]。前两种属于光学诊断法,主要适用于较低密度的冕区等离子体,但需要复杂的几何排布和测量系统;后两种属于光谱学诊断法,主要用于较高密度的内爆靶丸燃料区等离子体,其对实验排布和测量系统的要求相对较低。近年来,利用电四极跃迁线进行电子密度诊断的研究开始受到关注[3]。通常,在中低Z元素中,电四极(E2跃迁线和磁偶极(M1跃迁线的强度非常低,几乎观测不到。但对高Z元素,电四极跃迁线却能达到与电偶极跃迁线相当的强度。因此,电四极跃迁线在高Z等离子体中的这种禁戒消除特性使其作为等离子体状态的诊断工具而得到研究。为深入研究惯性约束聚变黑腔等离子体特性,探索腔等离子体状态参数诊断的方法和途径,我们开展了激光与金平面靶相互作用分解实验。实验中,采用配接狭缝的平晶谱仪构成一维空间分辨测量系统,测量了沿靶面法向一维空间分辨的金激光等离子M带发射谱。对实验谱进行了细致处理和分析, Experimentalsetupforspace2resolvedmeasurementofX2rayspectraemittedfromlaser2producedgoldplasma图1 金激光等离子体X射线发射谱的空间分辨测量实验安排的细致结构特征及其发射区特性。此外,还利用电四极(E2跃迁线3p63d10(1S023p53d104f(3/2,7/2J=2与内壳层激发线3p63d10(1S023p53d104d(3/2,5/2J=1的线强比,进行了电子密度诊断方面的初步探索。1 实验实验测量布局如图1所示。一束三倍频Nd玻璃激光(λ=,形成高温等离子体光源。在与靶平面相切的方向,用一个配接宽度约为20μm狭缝的平面晶体谱仪对等离子体区域进行观测,得到具有沿靶面法向一维空间分Ξ收稿日期:2002211226; 修订日期:2003205207基金项目:国家自然科学基金资助课题(10275056;中国工程物理研究院预研基金资助课题(20020210作者简介:张继彦(19712,男,助理研究员,四川绵阳9192986信箱;E2mail:zhangjiyanziy@。辨的X射线发射谱,并记录于“天津2III”X光底片。实验中,激光光轴与靶面成45°夹角,激光能量为59J,脉冲宽度为700ps,激光聚焦焦斑直径约为200μm,×1014W/cm3。 ImageofX2rayspectrumoflaser2producedgoldplasma图2 金激光等离子体的X射线发射谱图像胶片记录的实验光谱图像如图2所示,图中给出了光谱色散方向和光谱的空间位置方向,可以清晰地看到发射光谱沿空间方向的变化。实验胶片经PDS黑度计扫描后给出位置2黑密度数据文件。在谱数据处理时, X2rayspectrumemittedfromlaser2produc