作者团队由T. Nagayama, R.C. Mancini, R. Florido, D. Mayes, R. Tommasini, J.A. Koch, J.A. Delettrez, S.P. Regan和V.A. Smalyuk组成，分别来自University of Nevada（内华达大学）、Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）以及Laboratory for Laser Energetics（激光能量学实验室）。这篇文章发表在期刊Physics of Plasmas上，卷号为21，序号为050702，出版日期为2014年5月7日，DOI为10.¹⁰⁶³⁄₁.4875741。

文章的研究背景属于惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion, ICF）领域。惯性约束聚变是一种利用激光产生的烧蚀压缩驱动毫米级球形燃料腔体（含氘氚燃料）达到点火条件的方法。这种技术的关键在于实现燃料球体的球对称性和稳定的压缩。但到目前为止，即便通过最先进的流体力学模拟进行设计，这种燃料球体压缩在实验中始终难以达到对称点火所需的条件。因此，测量点火过程中内核温度和密度分布的空间不对称性对于理解如何实现更对称的压缩至关重要。

为解决这一问题，文章开发了一种新的光谱学方法，通过结合氩掺杂光谱学（Ar tracer spectroscopy）和针孔成像技术，对惯性约束聚变的内核温度（Te）和密度（Ne）分布进行研究。研究的主要目标是：以二维空间分辨的方式精确诊断ICF内核的温度和密度分布，揭示其中的不对称性，并以此校准流体动力学模拟。

文章详细介绍了具体研究工作流程以及创新实验方法。针孔空间分辨光谱是实现这一目标的关键，它利用被称为多色X射线成像仪（Multi-Monochromatic X-ray Imager, MMI）的仪器进行实验。MMI由针孔阵列、多层布拉格镜（Bragg Mirror）和微通道板（Microchannel Plates, MCP）组成。这台设备的特点是能够记录二维空间分辨的ICF内核光谱图像。

实验过程与数据分析
首先，实验在位于罗彻斯特大学Omega激光装置上进行，这里使用了60束Omega激光（波长为350 nm，总能量约18 kJ，脉冲持续时间为2 ns）照射厚度为27 μm的塑料球壳，球内填充20 atm的氘气（D2），并掺杂了0.18%原子浓度的氩气（Ar）。该实验采用了一维流体动力学模拟（LILAC 1D）预测内核等离子体在坍缩期间的温度和密度范围分别为1-3 keV和1-4×10^24 cm^(-3)。

为了获取空间分辨的光谱数据，MMI通过针孔成像方法实现核心区域二维分辨率的图像记录，并在横向方向实现光谱分辨率（150 e/Δe）。微通道板的四个条带分别以100皮秒的时间延迟触发，从而记录了四个时间点的光谱分辨二维图像。接着，将这些原始光谱数据进一步处理，生成包含宽带或窄带成分的光谱图像，并分析核心的空间积分光谱。

文章中详细描述了一种创新的数据处理方法，用于提取空间分辨光谱。通过在内核图像上选定局部子区域，逐像素掩蔽数据，并计算对应的子区域光谱。在这种方法下，可以从不同空间子区提取二维空间分辨光谱集合，并据此还原内核温度和密度的分布。

研究结果与发现
通过对提取的空间分辨光谱进行拟合分析，研究发现内核温度（Te）和密度（Ne）分布存在显著的空间非对称性。中央区域的温度较高，而外侧区域的密度较大，这种分布符合内核边缘较高密度的理论预期。此外，内核中的热点区域温度分布存在偏移，距离中心点约14 μm，且呈现不对称分布。

在拟合过程中，研究使用了基于碰撞辐射模型的光谱学计算工具（ABAKO），并结合了Stark效应的线形展宽模型。但研究的创新点在于，通过优化算法（遗传算法与Levenberg-Marquardt混合的GALM算法）的应用，为每个子区域独立找到最佳拟合的Te和Ne值。这种方法确保了高精度的空间分辨度，同时消除了由于数据离散性所带来的伪影干扰。

进一步分析显示，内核在整体上接近于椭圆形横截面，长轴和短轴分别为91 μm和79 μm，而内部热点区域的大小约为44 μm×21 μm，其形状具有更大离心率。热点并非位于中心位置，且在高密度区域中的分布不对称，这表明诊断中包含了关于内核燃料压缩形变的重要信息。

此外，文章还提出了一种基于等温分布轮廓线（contour-based sub-region）的子区域定义方法。这种方法对于捕捉温度和密度的空间不对称性更为高效，同时统计信噪比得以显著提升（Lyβ和Heβ信号分别约为7.6和10.0）。结果表明该方法在空间均匀化内核压力方面更加有效，整体压力变化范围缩小至约8%。

研究意义与价值
这项研究展示了一种新的诊断工具和分析方法，为惯性约束聚变的核心物理过程提供了前所未有的细节数据。通过直接测量核心坍缩期间的温度和密度分布，以及明确其不对称性，研究为优化ICF点火实验的设计提供了重要的验证基准。这种方法不仅适用于Omega激光装置的实验，还具备应用于国家点火装置（NIF）实验的潜力。

研究的亮点在于结合了针孔成像和气体掺杂光谱诊断，首次实现了二维空间分辨光谱的分析，并以较高信噪比的基础上，剖析了Te与Ne分布间的反相关关系。同时，该研究证明了一种灵活的区域定义和光谱提取思路，为未来进行三维结构诊断及多色断层扫描（polychromatic tomography）奠定了重要基础。

文章不仅为ICF科学提供了关键实验数据，还拓展了光谱诊断技术的应用范围，在高能量密度物理（High Energy Density Physics）实验研究领域占有重要地位。