[發明專利]激光聚變靶丸物態信息多軸測量系統

有效

• 申請號: 201610488859.0
• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN106128514B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 王峰;吳宇際;江少恩;徐濤;理玉龍;彭曉世;楊東;梅雨;魏惠月;查為懿;劉祥明
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G21B1/23
• 分類號: G21B1/23;G21C17/00
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙)50216
• 代理人: 龍玉洪

技術領域

本發明屬于慣性約束聚變中激光干涉診斷領域，具體涉及一種激光聚變靶丸物態信息多軸測量系統。

背景技術

原子核之間聚變將產生大量能量，一種比較形象的說法是，一升海水里的氘氚發生核聚變產生的能量相當于300升汽油完全燃燒。因此核聚變可以作為未來能源的獲取之源，激光聚變有著清潔、可控的特點，是實現聚變能利用的方法之一。

激光聚變主要通過激光打靶的方式實現，即利用幾十甚至幾百路激光直接或間接加熱靶丸表面，在極短時間內燒蝕驅動靶丸，使靶丸達到聚變需要的溫度和密度，燃料在慣性作用下來不及飛散就完成核聚變反應，從而產生巨大能量。在激光打靶過程中，激光對稱、等熵壓縮靶丸可以使得激光的能量轉換效率最高，而對稱、等熵的實現則需要對驅動激光的時序和形狀進行調整。若能獲得燒蝕界面的沖擊波速度，則可以反推激光燒蝕靶丸表面的輻射能流分布，進而作為調整燒蝕激光參數的實驗依據。

目前常采用基于成像型任意反射面速度干涉儀(Velocity Interferometer System for Any Reflector,簡寫為VISAR)來測量極端瞬態下的物質運動變化。即使用一探照激光照射極端瞬態下的樣品界面，由于光學多普勒效應，反射的激光頻率將隨界面運動速度變化而變化，然后反射光被分為兩支，一支經過標準具延時，一支不經過標準具，最后通過光混頻技術，兩支光路拍頻干涉并成像在記錄裝置上。通過計算干涉條紋變化，可以實現界面運動狀態如沖擊波速度、會聚時間等物態信息的診斷。

球形內爆實驗是實現激光慣性約束聚變的基礎，包括直接驅動和間接驅動，直接驅動是激光直接燒蝕靶丸；間接驅動是激光打在圓柱靶腔上，輻射X射線，由X射線燒蝕靶丸，兩者的驅動激光束都是對靶丸進行壓縮且都是立體分布的。因此研究激光驅動靶丸輻射流分布、內爆過程、激光燒蝕下球面不對稱等問題時，需要知道各個方向的沖擊波速度。測量得到的各方向上的沖擊波速度也可以用于求解強激波作用沖擊材料的狀態方程，是激光聚變物理中對材料性能研究、高能量密度物理研究等進行立體分析的重要依據。

對傳統的VISAR測量多維嘗試已成為現階段VISAR發展趨勢，比較成熟的有Celliers發展的線成像VISAR系統，使用條紋相機成像，可以對測量一條線上沖擊波速度，該類VISAR具有高的空間分辨和時間分辨，應用廣泛，以其為技術核心，實現了雙軸VISAR和X-VISAR；另有面成像VISAR，犧牲一定的時間分辨，使用分幅相機成像，可以實現2維平面成像與測量。兩種方式在不同程度上主要針對1維線、2維面的物質運動狀態進行診斷，但不能實現三維曲面或立體空間的測量，只能為平面上的物質運動模型提供參數。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明提供一種激光聚變靶丸物態信息多軸測量系統，能夠實現對球形靶內表面三維空間任意角度的物態信息測量。

其技術方案如下：

一種激光聚變靶丸物態信息多軸測量系統，包括球形靶和診斷光路，所述球形靶包括球形靶丸和端部嵌入該球形靶丸內的錐筒，錐筒嵌入球形靶丸的端部設有反射棱臺，該反射棱臺具有與探測光源正對的前端面和至少4個沿該反射棱臺周向對稱分布的反射面，所述前端面上設有探測激光過孔，所述激光過孔和反射面均能夠使探測激光垂直入射到球形靶丸內壁上并沿入射光路反射；

診斷光路包括線成像VISAR模塊和設置在該線成像VISAR模塊后端的混合模塊，所述線成像VISAR模塊將由球形靶反射的反射光分成兩個支路，其中一支路經標準具延時，所述混合模塊將每個支路的反射光分成2束，其中一束反射光經旋轉后與另一支路未經旋轉的一束反射光合束，4束反射光兩兩合束后分別通過兩臺狹縫方向相互垂直的條紋相機成像，使兩像面上均有兩個支路的反射光分布，且兩像面上的干涉條紋相互垂直。

棱臺結構實現了探測光源對球形靶丸內部不同方位的照明，并通過改裝現有VISAR，在繼承傳統線成像VISAR高時空分辨率的同時，實現了兩臺條紋相機同時對球形靶內表面三維空間任意角度的物態信息測量。

優選地，所述混合模塊包括在每個反射光支路上正對設置的一個分光鏡和一個合束鏡，每個支路上的分光鏡與另一支路上的合束鏡之間依次設有第一反射鏡、道威棱鏡、第二反射鏡。該結構能夠較為可靠地將實現兩支路反射光的分光、交叉旋轉及合束。

兩臺所述條紋相機與合束鏡之間各設有一個消色差透鏡，以便后續成像。