2-48 多脉冲驱动类氖和类镍机制X光激光研究

张国平 张覃鑫

　　采用短脉冲驱动时，在保持较高类氖或类镍离子丰度的前提下，与长脉冲驱动相比，可以大幅度地提高电子温度和降低离子温度，从而大幅度地提高增益系数。预脉冲的主要作用是产生电子密度梯度比较小的增益区，以减少折射的损失。采用多脉冲驱动技术后，实验可调参数大大增加，如何优化这些参数以提高X光激光的能量转换效率和降低达到饱和所需的驱动激光能量，单靠实验去碰是很难的。需要理论模拟对多脉冲驱动碰撞机制进行全面的研究，对实验进行定性甚至定量的指导。

　　为此，建立了能模拟产生X光激光全过程的系列程序。由于激光打靶所产生的等离子体中物理过程非常复杂，理论模拟只考虑了相对来说比较主要的过程，还远没有达到精密化的要求。首先要用实验结果来检验系列程序，通过调整程序中的某些参数使得理论模拟的结果与实验相符合，然后才能用经过实验检验的理论去指导实验。

　　我们在长脉冲驱动类氖锗的研究中就用这种方式成功地指导了实验。用RAL实验室类镍钐的实验结果检验了系列程序,搞清楚了类镍机制对驱动激光的功率密度非常敏感，线聚焦功率密度的不均匀性对输出激光强度影响很大。要求其不均匀性能控制在± 10%范围以内。等离子体的老化也很显著。当驱动功率密度高时，X光激光的增益时间提前，反之亦然。可以利用这个效应来克服等离子体的老化，取得比功率密度均匀的线聚焦还要高的X光激光输出。

　　国外进行了多脉冲驱动类氖锗19.6nm激光线的实验，经系列程序对比计算结果表明，在100ps脉宽的多脉冲驱动下，在电子密度2.5´10²⁰/cm³附近，高的电子温度、高的类氖和类钠丰度这三者不能同时实现。而在电子密度5´10²⁰/cm³附近，高的电子温度、高的类氖丰度能同时实现。由于预脉冲的作用，电子密度梯度变小，结果使19.6nm线增益大大超过23.2nm和23.6nm线的增益系数。

　　到目前为止，还不能用一套参数来符合上述所有的实验结果。原因之一是从美国和德国实验测量的X光激光的近场强度反映出线聚焦的均匀性比较差，但缺乏定量数据。理论模拟与德国的实验相对值符合较好，与英国的实验定性符合，但输出X光激光强度的绝对值相差大的可能差一到两个量级。增益系数可能比实验小1/4，即小2cm^-1左右。双电子复合过程对增益影响也很大。类镍银的理论模拟表明增益区的电子密度在5´10¹⁹/cm³附近，增益区主要由电子热传导加热。

　　今后准备用激光打靶的基础实验结果检验系列程序。JB19程序考虑nl，ALPHA程序考虑更加多的组态。并用更多的实验结果对系列程序进行更加全面的检验，能对类氖和类镍碰撞机制规律有更深的了解，能对实验进行有效的指导。