高能量密度物理領(lǐng)域中包含了大量條件下的超快瞬態(tài)過(guò)程，如ICF靶丸內(nèi)爆壓縮過(guò)程、加載下材料演化過(guò)程等，獲得這些超快瞬態(tài)過(guò)程的高時(shí)空分辨動(dòng)態(tài)演化圖像對(duì)于理論模型驗(yàn)證、發(fā)現(xiàn)新物理機(jī)制具有重要意義。

       皮秒拍瓦激光驅(qū)動(dòng)的高能X射線源具有皮秒級(jí)時(shí)間分辨、微米級(jí)空間分辨及高能高穿透等特性，采用這種射線源發(fā)展的點(diǎn)投影背光照相技術(shù)已在超快瞬態(tài)過(guò)程診斷中得到大量應(yīng)用。然而，單束皮秒激光僅能驅(qū)動(dòng)單個(gè)X射線源實(shí)現(xiàn)單發(fā)單時(shí)刻的高能X射線背光照相，難以捕捉動(dòng)態(tài)過(guò)程的多時(shí)刻演化特征。

       為突破這一限制，建設(shè)多束大能量皮秒激光裝置成為了發(fā)展多時(shí)刻高能X射線背光照相技術(shù)的關(guān)鍵。上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的神光II升級(jí)裝置具備16束納秒激光與2束皮秒激光聯(lián)合打靶的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰??；谠撗b置可發(fā)展雙時(shí)刻高能X射線背光照相技術(shù)，但仍需解決雙時(shí)刻皮秒X射線源的產(chǎn)生與表征、抗串?dāng)_的照相靶設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問(wèn)題。

       為了突破高能 X 射線背光照相關(guān)鍵技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)依托神光Ⅱ升級(jí)裝置開(kāi)展了間接驅(qū)動(dòng)高Z靶丸內(nèi)爆過(guò)程雙時(shí)刻X射線背光照相實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)完成了雙背光源產(chǎn)生和抗串?dāng)_靶的設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證、照相及能譜診斷設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)研究。

       圖1（a）展示了雙時(shí)刻X射線照相的基本原理圖。為了解決皮秒激光高能X射線源在照相圖像上的相互串?dāng)_問(wèn)題，設(shè)計(jì)了圖1（b）中的空間分離的雙背光源的構(gòu)型，結(jié)合屏蔽高能X射線的限光結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)雙束照相光路空間分開(kāi)。

       在完成靶設(shè)計(jì)后，利用蒙特卡洛程序?qū)Π型璧谋彻庹障噙M(jìn)行了模擬。模擬獲得的不同亮度雙X射線源照相圖像見(jiàn)圖1(c)。上下兩圖的診斷孔內(nèi)均見(jiàn)清晰的靶丸圖像，弱背光源照相未受到強(qiáng)背光源的干擾，驗(yàn)證了抗串?dāng)_照相靶設(shè)計(jì)的可行性。

圖1 雙時(shí)刻X射線照相實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。（a）雙時(shí)刻X射線照相原理圖；（b）雙絲背光靶；（c）靶丸X光照相仿真結(jié)果；（d）實(shí)驗(yàn)診斷排布

       研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)展了高Z殼內(nèi)爆靶丸雙時(shí)刻高能X射線背光照相實(shí)驗(yàn)。圖2展示了典型的單發(fā)雙時(shí)刻高能X射線照相實(shí)驗(yàn)圖像。本發(fā)次中照相客體為鍍金單殼層靶，外直徑φ 為700 μm，從外向內(nèi)依次為CH燒蝕層、金層和玻璃球殼；金腔長(zhǎng)3.4 mm，激光注入口直徑1 mm。在延遲納秒激光前沿2 ns后，利用第9路皮秒激光驅(qū)動(dòng)直徑10 μm的金絲靶產(chǎn)生X射線源；在延遲3.5 ns時(shí)，利用A構(gòu)型皮秒激光驅(qū)動(dòng)同參數(shù)的絲靶產(chǎn)生X射線源，依次對(duì)內(nèi)爆靶丸進(jìn)行照相。

       圖2（a）和（c）為成像板記錄高能X射線圖像，平均能點(diǎn)約為35 keV，直穿區(qū)域的信噪比（SNR）分別為17和18，靶丸區(qū)域的對(duì)比度噪聲比（CNR）分別為3和7，成像分辨率為(12.5±1.5) μm。從高分辨照相圖像上可以直接分析壓縮靶丸的時(shí)變不對(duì)稱性，本發(fā)實(shí)驗(yàn)中P3、P4顯著增長(zhǎng)，主要是由于實(shí)驗(yàn)中納秒激光驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱性導(dǎo)致的。

圖2 內(nèi)爆靶丸雙時(shí)刻照相圖像。(a) 和 (c) 分別為2 ns和3.5ns 時(shí)刻的高能X射線照相圖像；(b) 和 (d) 為對(duì)應(yīng)時(shí)刻的面密度分布

       本文基于神光II升級(jí)裝置的雙束皮秒激光打擊雙絲靶產(chǎn)生的雙X射線源，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)高Z殼內(nèi)爆靶丸的雙時(shí)刻高能X射線背光照相。實(shí)驗(yàn)獲得了時(shí)變的靶丸壓縮不對(duì)稱性、面密度、體密度、質(zhì)量等內(nèi)爆關(guān)鍵物理信息，并診斷了皮秒雙X射線源和照相干擾源的能譜特性。

參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)

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