激光核物理是近年来随着强激光技术的快速发展而兴起的新兴交叉学科,正受到越来越多的关注。目前在实验室中已经可以获得超过1022 W/cm2的激光聚焦强度,并且还在不断提升。这样的超短超强脉冲激光与物质发生相互作用时,会出现很多新的物理现象,并且其产生的高温高密等离子体极端环境,以及诱发的核反应次级粒子束等,也为其它基础和应用研究提供了独特的平台。例如,强激光产生的等离子体环境,可以用来模拟天体核反应的环境,研究因电子屏蔽效应等因素带来的低能核反应截面测量中的不确定性问题,这是目前实验室条件下直接研究天体环境中核反应的唯一技术手段。本论文提出了“强激光等离子体对撞”研究等离子中天体核反应的新方法。这是利用强激光轰击靶产生两团高速等离子体,再让两团等离子体对撞产生核反应。该方法是以往等离子体核反应实验“惯性约束热核聚变”、“库仑爆炸”、“双路激光”等方案的重要补充。它可以产生准麦克斯韦-玻尔兹曼分布的离子,并可在一定范围内调节有效Gamow能量。由于对撞,也使得同等条件下核反应的质心系能量与束-靶方案相比有大幅提高。同时,大部分的反应是在密度较低的无碰撞等离子体中发生的,很好地还原了宇宙中广泛存在的无碰撞等离子体环境。通过在“神光II”激光装置上开展的一系列实验,验证了“强激光等离子体对撞”方案的可行性。首轮实验是D-D对撞,即利用功率密度约6 × 1015 W/cm2的ns激光照射碳氘双靶,成功实现了对撞等离子体中的D-D聚变。利用中子飞行时间法测量到了 2H(d,n)3He反应产生的2.45 MeV中子,中子产额在105量级,同样条件下的不同发次之间有良好的稳定性。通过干涉法测量了不同时刻等离子体密度的空间分布,其结果也与等离子体流体力学模拟结果互相印证。通过数值模型,利用等离子体密度和速度分布数据,以及评价核数据库中的D-D反应截面作为输入量,计算得到了实验条件下的中子产额。结果表明,计算值和测量值之间存在较大差异,产生该差异的主要原因为在计算中忽略了等离子体内部的自生磁场。该实验为某些天体核反应问题,如“锂丰度疑难”提供了思路。计算结果也表明,等离子体对撞中产生的核反应产额的主要贡献来自于质心系能量在27±10 keV之间的离子对,而其它能量段贡献所占比重很小,这样就从原理上实现了 Gamow能量下的截面测量。此外,实验还发现不同靶形对产额有重大影响:K形靶与平面靶相比可以形成更高密度等离子体喷流,从而产生更高的反应产额。利用“等离子体对撞”法,又对D-Li反应进行了研究。在一侧CD靶、另一侧LiF靶的实验中,我们测量到了 D-Li反应产生的13.3 MeV单能中子。为了定量研究D-Li反应截面,我们设计了双侧LiD粉末靶来同时实现D-D和D-Li两种反应,以利用相对测量方法消除了实验中的大部分系统误差。实验结果显示两种反应之间具有比较稳定的产额比。结合干涉成像法所得到的离子速度分布,测得了 7Li(d,n)8Be反应在128 keV附近的天体物理S因子,这是该反应在等离子条件下的首个实验结果。本论文也发展了一种全新的,基于中子延迟俘获吸收γ射线的中子测量方案。利用飞行时间法,在实验中同时记录到了中子信号和ms时间内出现的延迟γ射线信号。通过分析实验数据,确定了延迟γ射线来自于快中子慢化后在周围物质上的发生的辐射俘获。在实验中观察到的γ射线数量与中子产额之间具有良好的线性关系,表明这些延迟γ射线经过定标后可以用来测定中子产额。该布局可以减小由于打靶时产生的电强磁辐射脉冲造成的探测器探测效率降低问题,为强激光等离子体环境下的中子诊断提供了新的方法。