北京
图1. 多脉冲多角度Betatron辐射成像系统示意图与动态成像模拟结果：(a)光学布局与分束延迟设计;(b)-(c)气体喷嘴阵列结构;(d)靶丸压缩过程多阶段成像模拟。
近期，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室，与上海交通大学、中国工程物理研究院激光聚变研究中心等单位，在基于拍瓦级超快激光驱动的多脉冲、多角度超快X射线成像技术方面取得进展。相关成果以“Multi-pulse and multi-angle ultrafast X-ray imaging driven by petawatt-class ultrafast laser pulses”为题发表于High Power Laser Science and Engineering。
针对惯性约束聚变、高能量密度物理等极端条件下非重复性超快过程对动态诊断的迫切需求，研究团队提出并验证了一种新型多脉冲、多角度X射线成像方案。该方案利用SULF-1 PW拍瓦激光系统，通过分束延迟与镜面阵列设计，将单路超强激光脉冲分成多个具有飞秒至皮秒级精确时间延迟的子脉冲，分别驱动多个气体靶产生空间分离的Betatron辐射源，实现了对单次超快过程的多时序、多角度连续成像。
实验设计与模拟结果表明，该方案可在200皮秒的时间窗口内，实现飞秒级时间分辨率与微米级空间分辨率的动态成像。利用FBPIC与SynchRad模拟获得的Betatron辐射源具有超过109光子/发、临界能量高于15 keV的性能，结合Geant4成像模拟，研究团队成功重现了惯性约束聚变靶丸在压缩过程中的多阶段形态演化图像，验证了其在复杂动态过程诊断中的可行性。
图2. 以构型-成像-诊断三层时序对照，模拟验证多脉冲多角度超快X射线成像技术诊断惯性约束聚变靶丸压缩动态过程的可行性与灵敏度。
与传统的X射线条纹相机和分幅相机相比，该方案无需依赖超快闪烁体或复杂的时间选通系统，突破了拍瓦激光低重频限制，具备二维多帧成像能力，时空分辨率综合性能显著提升。该技术为极端条件下不可重复超快过程的原位、连续、高分辨诊断提供了全新解决路径，有望在激光聚变、冲击波物理、温稠密物质研究等领域发挥重要作用。
相关工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项B类、国家自然科学基金、中国科学院基础研究青年科学家项目、中国科学院青年创新促进会、新基石科学基金会等基金支持。
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