黑腔辐射谱分布与靶丸掺杂材料的匹配关系研究

In indirect-drive inertial confinement fusion (ICF), laser light is absorbed by the interior gold walls of the hohlraum and converted to x-ray source which implodes the capsule. The M-band x-rays(2-5keV) can preheat the fuel before the arrival of the shock wave. By study of simulation, high Z-coated Au hohlraum can reduce the Au M-band fraction and improve the radiation spectrum. We plan to find high Z material whose position of M band is closed to the absorption edge of Si dopant（1.8KeV）.So Si dopant can significantly suppress the transport of the high Z material's M-band X-ray. We plan to do experiment and achieve low preheating of target and study matching relation between the radiation spectrum and dopant. Combination of hohlraum and dopant provides a new method for studying preheat effect. It can provide guidance for hohlraum design and target design.

在间接驱动惯性约束聚变中，激光与黑腔壁相互作用，产生X射线辐射源烧蚀靶丸，驱动内爆。辐射源中的M带X射线(2-5keV)能在冲击波到达之前将燃料层预热，从而降低靶丸的可压缩性。本项目拟通过模拟研究，在金(Au)表面镀一层高Z材料，降低Au-M带份额，改善辐射源谱分布。选取合适的高Z材料X，使其M带峰值位置与掺杂材料硅(Si)的吸收边（1.8keV）接近，实现掺杂材料Si对此高Z材料M带X射线的有效吸收。通过开展辐射烧蚀实验，实现靶丸的低预热，给出辐射源谱分布与掺杂材料的匹配关系。结合黑腔和掺杂材料来综合考虑，为预热问题的研究提供了新的思路。有望建立评估黑腔和靶丸掺杂材料优劣的方法，为靶设计提供重要参考和依据。

本项目分析了不同温度密度条件下Si和W的不透明度，结果表明，当Si处于高温低密状态时，Si的不透明度在~2keV-2.3keV急剧下降。而处于高温低密状态的W，在~2keV，~2.3keV，~2.5keV处存在吸收峰，且半高宽达到200eV，使得W能够有效吸收Au-M带X射线。通过一维辐射流体程序研究了Si和W在烧蚀层中不同埋层深度对Au-M带X射线的吸收作用，结果表明Si埋层位置越深越有利于抑制M带X射线的传输，而W在不同位置对M带X射线的吸收作用相近。这一结果验证了W在高温低密状态下对Au-M带X射线的有效吸收。在HDC埋Si/W的辐射烧蚀实验，我们获得了同样的结果。由此，我们基于100kJ的激光装置上获得的辐射源，开展了HDC掺W的优化设计研究。利用辐射流体程序Multi1D，通过降低掺杂份额，增加掺杂厚度，实现了HDC掺W靶丸的高中子产额、低掺杂份额和低掺杂量。此研究成果对于未来烧蚀层的优化设计奠定了基础。