内爆靶丸的区域形貌测量装置和方法与流程

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及内爆靶丸的区域形貌测量装置和方法。

背景技术：

激光驱动惯性约束发生聚变，大都是激光直接照射内爆靶丸或者通过注入黑腔转换成x射线照射内爆靶丸，从而烧蚀内爆靶丸的表面材料，此时，被烧蚀的表面材料向外喷射，靶丸推进层产生向内运动的动量，发生球形汇聚并压缩靶丸内燃料气体，直至靶丸中心产生高温热斑，从而发生聚变反应，并发射alpha粒子，维持自持燃烧，释放出大量能量，实现点火。为了实现点火，内爆靶丸必须满足维持球形内爆压缩，且，内爆压缩的速度不低于350km/s，因此，为了改善内爆靶丸的内爆性能，控制内爆压缩过程，需要对内爆靶丸的内界面形貌进行测量。

现有的测量方法主要包括背光照相技术和芯部自发光测量技术，其中，背光照相技术可以测量出内爆靶丸的壳层形貌，但无法直接测量出内界面的形貌；芯部自发光测量技术则是直接测量内爆靶丸内爆压缩后期被压缩材料的形貌，但在非理想球形压缩的情况下，被压缩材料与内爆靶丸的内界面形状并不相同，因此，现有的测量方法无法直接测量出内爆靶丸的内界面形貌。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供内爆靶丸的区域形貌测量装置和方法，以缓解上述问题，且，不仅能够直接测量出内爆靶丸的内界面形貌，还可以测量内爆靶丸的其余任意区域的形貌，从而便于控制内爆压缩过程，改善了内爆靶丸的内爆性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种内爆靶丸的区域形貌测量装置，该装置包括：依次设置的激光模块、内爆靶丸和成像模块；其中，内爆靶丸的待测区域设置有预设透过率材料；激光模块包括纳秒驱动单元和皮秒激光单元；纳秒驱动单元，用于生成驱动光线至内爆靶丸，以驱动内爆靶丸发生压缩；皮秒激光单元，用于当内爆靶丸压缩完成后，生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块；成像模块，用于接收背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，纳秒驱动单元还用于生成驱动激光，并将驱动激光发送至内爆靶丸，以使驱动激光驱动内爆靶丸发生压缩；或者，生成驱动软x射线，并将驱动软x射线发送至内爆靶丸，以使驱动软x射线驱动内爆靶丸发生压缩。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，皮秒激光单元包括皮秒激光发射器和金属靶；皮秒激光发射器，用于生成皮秒激光至金属靶，以使金属靶在皮秒激光的击打作用下，生成背光x射线。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，成像模块包括：高能x射线相机，用于接收背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，皮秒激光单元，还用于按照预设时间间隔生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块；成像模块，还用于接收不同时刻的背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像集；其中，形貌测量图像集包括预设时间间隔中每个时刻的形貌测量图像。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，成像模块还包括：计算单元，用于根据形貌测量图像集和预设时间间隔，计算得到内爆靶丸的压缩速度。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，金属靶的中轴线穿过内爆靶丸的靶丸中心，且，金属靶靠近内爆靶丸的一端距离靶丸中心的距离不小于5mm；高能x射线相机与金属靶的中轴线垂直，且，高能x射线相机距离靶丸中心的距离大于700mm。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，金属靶包括以下一种或多种形状：丝状、面状和球状。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，预设透过率材料为以下一种：铝、玻璃、铜、钨和金。

第二方面，本发明实施例还提供一种内爆靶丸的区域形貌测量方法，该方法应用于第一方面的内爆靶丸的区域形貌测量装置，该方法包括：纳秒驱动单元生成驱动光线至内爆靶丸，以驱动内爆靶丸发生压缩；当内爆靶丸压缩完成后，皮秒激光单元生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块；成像模块接收背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了内爆靶丸的区域形貌测量装置和方法，包括：依次设置的激光模块、内爆靶丸和成像模块；其中，内爆靶丸的待测区域设置有预设透过率材料；激光模块包括纳秒驱动单元和皮秒激光单元，纳秒驱动单元用于生成驱动光线至内爆靶丸，以驱动内爆靶丸发生压缩；当内爆靶丸压缩完成后，皮秒激光单元用于生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块，以使成像模块根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像，从而解决了现有测量方法无法直接测量出内爆靶丸的内界面形貌的问题，不仅能够直接测量出内爆靶丸的内界面形貌，还可以测量内爆靶丸的其余任意区域的形貌，进而便于控制内爆压缩过程，改善了内爆靶丸的内爆性能。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种内爆靶丸的区域形貌测量装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种内爆靶丸的区域形貌测量装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种待测区域的形貌测量图像；

图4为本发明实施例提供的一种内爆靶丸的区域形貌测量方法的流程图。

图标：

10-激光模块；11-纳秒驱动单元；12-皮秒激光单元；20-内爆靶丸；30-成像模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的测量方法主要包括背光照相技术和自发光测量技术，其中，背光照相技术通过一个点x射线源或者面x射线源，产生x射线以照射内爆靶丸，并利用x射线穿透靶丸壳层强度的衰减，从而测量出内爆靶丸的靶丸壳层形貌，但该方法无法直接测量出内界面的形貌；芯部自发光测量技术则是测量内爆压缩后期燃料热斑自发光，从而直接测量出内爆靶丸内爆压缩后期被压缩材料的形貌，但在非理想球形压缩的情况下，被压缩材料与内爆靶丸的内界面形状并不相同，因此，现有的测量方法无法直接测量出内爆靶丸的内界面形貌。

基于此，本发明实施例提供了内爆靶丸的区域形貌测量装置和方法，解决了现有测量方法无法直接测量出内爆靶丸的内界面形貌的问题，不仅能够直接测量出内爆靶丸的内界面形貌，还可以测量内爆靶丸的其余任意区域的形貌，从而便于控制内爆压缩过程，改善了内爆靶丸的内爆性能。

为便于对本实施例进行理解，下面首先对本发明实施例提供的一种内爆靶丸的区域形貌测量装置进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种内爆靶丸的区域形貌测量装置，图1为本发明实施例提供的一种内爆靶丸的区域形貌测量装置的示意图，如图1所示，该装置包括：依次设置的激光模块10、内爆靶丸20和成像模块30；其中，内爆靶丸的待测区域设置有预设透过率材料，激光模块10包括纳秒驱动单元11和皮秒激光单元12。

其中，纳秒驱动单元11用于生成驱动光线至内爆靶丸20，以驱动内爆靶丸20发生压缩；皮秒激光单元12用于当内爆靶丸20压缩完成后，生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块30；成像模块30用于接收背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像。

具体地，激光模块10包括纳秒驱动单元11和皮秒激光单元12，在实际应用中，首先，纳秒驱动单元11生成驱动光线至内爆靶丸20，以驱动内爆靶丸20发生压缩；具体地，内爆靶丸20在驱动光线的烧蚀作用下，发生聚变反应，产生冲击波，并向内爆靶丸20的壳层内部传输，且，在壳层内界面卸载后继续向内爆靶丸20的靶丸中心汇聚，汇聚后的冲击波反弹至内爆靶丸20的内界面，从而压缩内界面。当内爆靶丸20压缩完成后，此时，皮秒激光单元12生成背光x射线，并将背光x射线发送至内爆靶丸20的待测区域，并通过设置有预设透过率材料的待测区域发送至成像模块30，以使成像模块30根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像，从而实现内爆靶丸20待测区域的形貌测量。

本发明实施例提供的内爆靶丸的区域形貌测量装置，包括：依次设置的激光模块、内爆靶丸和成像模块；其中，内爆靶丸的待测区域设置有预设透过率材料；激光模块包括纳秒驱动单元和皮秒激光单元，纳秒驱动单元用于生成驱动光线至内爆靶丸，以驱动内爆靶丸发生压缩；当内爆靶丸压缩完成后，皮秒激光单元用于生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块，以使成像模块根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像，从而解决了现有测量方法无法直接测量出内爆靶丸的内界面形貌的问题，不仅能够直接测量出内爆靶丸的内界面形貌，还可以测量内爆靶丸的其余任意区域的形貌，进而便于控制内爆压缩过程，改善了内爆靶丸的内爆性能。

其中，内爆靶丸20的待测区域设置的预设透过率材料为以下一种材料：铝、玻璃、铜、钨和金，这里，预设透过率是指待测区域相比于内爆靶丸20的其余区域，x射线的透过率较低，例如，如果内爆靶丸20的壳层为塑料时，此时，铝和玻璃即为预设透过率材料；如果内爆靶丸20的壳层为铝时，此时，则需要选择铜作为预设透过率材料，因此，在实际应用中，对于待测区域设置的预设透过率材料，并非仅限于铝、玻璃、铜、钨和金，可以根据实际内爆靶丸20其余区域的材料进行选择，本发明实施例对此不作限制说明。

通过采用预设透过率材料作为待测区域的材料，可以减少局域x射线透过率，以使待测区域形成x射线弱信号识别观测界面，而皮秒激光单元12生成的背光x射线则为强穿透x射线，即背光x射线对预设透过率材料具有弱穿透性，而对内爆靶丸20中待测区域之外的其余区域的材料具有强穿透性，当背光x射线通过待测区域时，发生更大衰减，从而保证成像模块30可以根据接收到的背光x射线生成待测区域的形貌测量图像。

在实际应用中，纳秒驱动单元11还用于生成驱动激光，并将驱动激光发送至内爆靶丸20，以驱动内爆靶丸20发生压缩；或者，生成驱动软x射线，并将驱动软x射线发送至内爆靶丸20，以驱动内爆靶丸20发生压缩。具体地，当纳秒驱动单元11生成驱动激光时，则将驱动激光发送至内爆靶丸20的表面，以驱动激光发送至内爆靶丸20发生压缩；或者，纳秒驱动单元11还可以将驱动激光发射至重金属腔，这里重金属可选的为金、铀及其合金等，从而以使驱动激光在重金属腔内转换为驱动软x射线，并将驱动软x射线发送至内爆靶丸20，从而驱动内爆靶丸20发生压缩。

当内爆靶丸20压缩完成后，此时，皮秒激光单元12还生成背光x射线，并将背光x射线通过内爆靶丸20的待测区域发送至成像模块30，以使成像模块30根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像，从而实现内爆靶丸20待测区域的形貌测量。具体地，皮秒激光单元12包括皮秒激光发射器和金属靶；其中，皮秒激光发射器用于生成皮秒激光至金属靶，以使金属靶在皮秒激光的击打作用下，生成背光x射线。例如，皮秒激光发射器发出高功率的皮秒激光，金属靶为钼丝，此时，钼丝在高功率的皮秒激光的击打下，可以生成能量大于10kev的背光x射线。

进一步的，成像模块30包括高能x射线相机，其中，高能x射线相机用于接收背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像。此外，当皮秒激光单元12按照预设时间间隔生成背光x射线时，高能x射线相机还用于接收不同时刻的背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像集；其中，形貌测量图像集包括预设时间间隔中每个时刻的形貌测量图像；从而根据待测区域的形貌测量图像集可以加精确的观测待测区域的形貌情况。此外，成像模块还包括计算单元，该计算单元还根据上述形貌测量图像集和预设时间间隔，计算得到内爆靶丸20的压缩速度，从而便于控制内爆靶丸20的内爆压缩过程，改善了内爆靶丸20的内爆性能。

在实际使用中，金属靶的中轴线穿过内爆靶丸20的靶丸中心，且，金属靶靠近内爆靶丸的一端距离靶丸中心的距离不小于5mm；高能x射线相机与金属靶的中轴线垂直，且，高能x射线相机距离靶丸中心的距离大于700mm，以便高能x射线相机可以较好的接收背光x射线，从而较好的得到待测区域的形貌测量图像。

此外，上述金属靶包括以下一种或多种形状：丝状、面状和球状。当金属靶为丝状时，例如，金属靶为钼丝，此时，皮秒激光发射器发出高功率皮秒激光照射击打钼丝，以生成背光x射线；当金属靶为面状时，此时，皮秒激光发射器发出高功率皮秒激光照射击打面状金属靶，生成背光x射线；当金属靶为球状时，如球形高z材料腔，此时，皮秒激光发射器发出高功率皮秒激光注入到球形高z材料腔，并形成汇聚等离子体，从而生成背光x射线。需要说明的是，这里金属靶的形状和材质可以根据实际应用场景进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

可选的，当内爆靶丸20完成压缩后，激光模块10还包括脉冲源，其中，脉冲源可以为长脉冲源或短脉冲源，并将产生的长脉冲或者短脉冲发送至内爆靶丸20，通过设置有预设透过率材料的待测区域成像模块30；此时，成像模块30还可采用具有时间分辨能力的背光图像记录系统，从而根据长脉冲或者短脉冲生成待测区域的形貌图像。

为了便于理解，这里举例说明。如图2所示，待测区域为内爆靶丸20的内界面，且，内界面采用铝材料作为预设透过率材料，内爆靶丸20的壳层则采用碳氢塑料，这里金属靶采用直径为10微米的钼丝。首先，纳秒驱动单元生成驱动光线至内爆靶丸20，以驱动内爆靶丸20发生压缩；当内爆靶丸20压缩完成后，皮秒激光发射器生成皮秒激光至钼丝，此时，钼丝在皮秒激光的击打作用下，产生能量大于10kev的背光x射线，且，将背光x射线发送至内爆靶丸20，并通过设置有预设透过率材料的待测区域至成像模块30；此时，如图3所示，成像模块30中高能x射线相机根据接收到的背光x射线，生成待测区域即内界面的形貌测量图像。其中，该形貌测量图像为待测区域在2.3ns时刻的形貌测量图像，根据该形貌测量图，可以明显观察到内爆靶丸20的内外壳结构，且，内壳层的结构比外壳层的结构变形较严重，因此，解决了现有的测量方法无法直接测量内界面的问题，此外，通过将待测区域的材料替换为预设透过率材料，也可以测量出内爆靶丸的其余区域，即本申请可以实现内爆靶丸的任意区域形貌的测量。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种内爆靶丸的区域形貌测量方法，该方法应用于上述内爆靶丸的区域形貌测量装置，其中，内爆靶丸的区域形貌测量装置包括激光模块、内爆靶丸和成像模块，且，内爆靶丸的待测区域设置有预设透过率材料，激光模块包括纳秒驱动单元和皮秒激光单元。图4为本发明实施例提供的一种内爆靶丸的区域形貌测量方法的流程图，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤s102，纳秒驱动单元生成驱动光线至内爆靶丸，以驱动内爆靶丸发生压缩；

步骤s104，当内爆靶丸压缩完成后，皮秒激光单元生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块；

步骤s106，成像模块接收背光x射线，并根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像。

本发明实施例提供的内爆靶丸的区域形貌测量方法，首先，纳秒驱动单元生成驱动光线至内爆靶丸，以驱动内爆靶丸发生压缩；当内爆靶丸压缩完成后，皮秒激光单元生成背光x射线，并将背光x射线通过待测区域发送至成像模块，以使成像模块根据背光x射线生成待测区域的形貌测量图像，从而解决了现有测量方法无法直接测量出内爆靶丸的内界面形貌的问题，不仅能够直接测量出内爆靶丸的内界面形貌，还可以测量内爆靶丸的其余任意区域的形貌，从而便于控制内爆压缩过程，改善了内爆靶丸的内爆性能。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。