高能量密度物理領域中包含了大量條件下的超快瞬態(tài)過程，如ICF靶丸內爆壓縮過程、加載下材料演化過程等，獲得這些超快瞬態(tài)過程的高時空分辨動態(tài)演化圖像對于理論模型驗證、發(fā)現(xiàn)新物理機制具有重要意義。

       皮秒拍瓦激光驅動的高能X射線源具有皮秒級時間分辨、微米級空間分辨及高能高穿透等特性，采用這種射線源發(fā)展的點投影背光照相技術已在超快瞬態(tài)過程診斷中得到大量應用。然而，單束皮秒激光僅能驅動單個X射線源實現(xiàn)單發(fā)單時刻的高能X射線背光照相，難以捕捉動態(tài)過程的多時刻演化特征。

       為突破這一限制，建設多束大能量皮秒激光裝置成為了發(fā)展多時刻高能X射線背光照相技術的關鍵。上海光學精密機械研究所的神光II升級裝置具備16束納秒激光與2束皮秒激光聯(lián)合打靶的實驗能力。基于該裝置可發(fā)展雙時刻高能X射線背光照相技術，但仍需解決雙時刻皮秒X射線源的產(chǎn)生與表征、抗串擾的照相靶設計等關鍵問題。

       為了突破高能 X 射線背光照相關鍵技術，研究團隊依托神光Ⅱ升級裝置開展了間接驅動高Z靶丸內爆過程雙時刻X射線背光照相實驗設計，系統(tǒng)完成了雙背光源產(chǎn)生和抗串擾靶的設計和仿真驗證、照相及能譜診斷設計等關鍵技術研究。

       圖1（a）展示了雙時刻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擾問題，設計了圖1（b）中的空間分離的雙背光源的構型，結合屏蔽高能X射線的限光結構，可以實現(xiàn)雙束照相光路空間分開。

       在完成靶設計后，利用蒙特卡洛程序對靶丸的背光照相進行了模擬。模擬獲得的不同亮度雙X射線源照相圖像見圖1(c)。上下兩圖的診斷孔內均見清晰的靶丸圖像，弱背光源照相未受到強背光源的干擾，驗證了抗串擾照相靶設計的可行性。

圖1 雙時刻X射線照相實驗設計。（a）雙時刻X射線照相原理圖；（b）雙絲背光靶；（c）靶丸X光照相仿真結果；（d）實驗診斷排布

       研究團隊成功開展了高Z殼內爆靶丸雙時刻高能X射線背光照相實驗。圖2展示了典型的單發(fā)雙時刻高能X射線照相實驗圖像。本發(fā)次中照相客體為鍍金單殼層靶，外直徑φ 為700 μm，從外向內依次為CH燒蝕層、金層和玻璃球殼；金腔長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路皮秒激光驅動直徑10 μm的金絲靶產(chǎn)生X射線源；在延遲3.5 ns時，利用A構型皮秒激光驅動同參數(shù)的絲靶產(chǎn)生X射線源，依次對內爆靶丸進行照相。

       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變不對稱性，本發(fā)實驗中P3、P4顯著增長，主要是由于實驗中納秒激光驅動不對稱性導致的。

圖2 內爆靶丸雙時刻照相圖像。(a) 和 (c) 分別為2 ns和3.5ns 時刻的高能X射線照相圖像；(b) 和 (d) 為對應時刻的面密度分布

       本文基于神光II升級裝置的雙束皮秒激光打擊雙絲靶產(chǎn)生的雙X射線源，成功實現(xiàn)了對高Z殼內爆靶丸的雙時刻高能X射線背光照相。實驗獲得了時變的靶丸壓縮不對稱性、面密度、體密度、質量等內爆關鍵物理信息，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： 中國光學期刊網(wǎng)

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