2-72  类镍离子碰撞机制的重要进展

张国平  张覃鑫  郑无敌

为了提高Mach-Zenhder干涉仪的分辨率，需要提高探针光输出亮度。用系列程序进行了低功率密度长焦线类镍银的优化设计。1%预脉冲, 驱动激光能量E_L=95 J，焦线100 mm宽、27 mm长，25 mm长靶，t₁₂=2.75 ns，增益系数G=10/cm，增益长度积GL=25。

像类镍银一类的增益区电子密度N_e在10¹⁹ cm^-3附近的机制，可采用掠入射驱动方式。掠入射的好处是激光能量直接沉积在增益区，提高了增益区的电子温度；接近行波放大克服了等离子体老化。掠入射驱动对亚稳态碰撞机制也是有效的。然而，要取得高效率的XRL输出，不能采用点聚焦方式的掠入射，需要采用均匀线聚焦方式的掠入射。一般预脉冲强度都比较低，如果采用掠入射，吸收效率更低很难形成合适的等离子体，所以在亚稳态和瞬态机制中，预脉冲均采用正入射。用系列程序进行了优化设计，主要结果如下。

类镍银掠入射，基频光驱动，亚稳态脉宽100 ps驱动，15°角掠入射，50 J ，焦线宽100 mm，靶长10 mm，G>40/cm，GL>40。“神光”-Ⅱ一路可获得深度饱和输出。瞬态脉宽1 ps驱动，26°角掠入射，3.4 J，焦线宽100 mm，靶长5 mm，G»66/cm，GL»33。在两路上也能实现深度饱和输出。类镍银掠入射，驱动激光波长800 nm， 瞬态脉宽1 ps驱动，23°角掠入射，1.24 J ，焦线宽30 mm，靶长5 mm，G»76/cm，GL»38。在200 TW装置上也能实现深度饱和输出。

类镍钽正入射，倍频光驱动，亚稳态脉宽30 ps，540 J，焦线宽100 mm，靶长5 mm，无行波，G»40/cm，GL»20。瞬态掠入射驱动，长脉冲波长400 nm驱动，短脉冲波长200 nm，脉宽2 ps，23°角掠入射，靶长2 mm，焦线宽100 mm，150 J，G»195/cm，GL»39。800 nm激光倍频和四倍频是很困难的。瞬态倍频光脉宽2 ps正入射驱动，150 J，焦线宽100 mm。靶长2 mm，5单元台阶镜准行波驱动，G»149/cm，GL»30。靶长2mm，无行波，G»108/cm，GL»21。可能在“神光”-Ⅱ第9路上，实现水窗波段X射线的饱和增益。

产生高增益系数的条件是增益区的状态必须同时达到三高两低一没有。即高的电子密度N_e，类镍银N_e»(2~10)´10²⁰ cm^-3，类镍钽N_e»4´10²¹ cm^-3；高的电子温度T_e，类镍银T_e>1 keV，类镍钽T_e>5 keV；高的类镍离子丰度(>30%)；低的离子温度和低的电子密度梯度；类镍离子基态没有被抽空，份额>30%。

瞬态碰撞激发机制规律的新思考：电离不平衡；基态和激发态不平衡；在N_e低的增益区，ps脉冲来不及电离，预脉冲产生类镍离子占优势等离子体；可以在亚稳态没有增益的高N_e区域产生增益；在高N_e区域，ps脉冲来得及电离，预脉冲产生低电离等离子体；瞬态电离产生的类镍离子以基态离子为主，低预脉冲导致低离子温度，均有利于高增益。类镍银，在100 ps脉宽基频正入射驱动时增益区(7~2)´10¹⁹ cm^-3；在脉宽1 ps，23°掠入射驱动时增益区N_e»3´10²⁰ cm^-3；在脉宽2 ps基频正入射驱动时增益区N_e»10²¹ cm^-3。类镍钽，在脉宽2 ps倍频光正入射驱动时增益区N_e»3´10²¹ cm^-3。