神光系列装置激光聚变实验与诊断技术研究进展

文章主要介绍了国内自2000年以来的激光惯性约束聚变(ICF)实验研究以及诊断技术研究的进展,主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验,也对刚建成不久的神光Ⅲ原型装置上的实验作简要介绍,此外,文章还介绍了神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上近期发展的诊断技术和设备.文章作者在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究,其中包括黑腔物理、内爆物理、流体动力学不稳定性、辐射不透明度以及辐射驱动冲击波等,并取得了重要的进展.在X射线单能成像、Thomson探针、无高级衍射的单级衍射光栅等新型关键诊断技术与尖端设备研制方面也取得了显著进展.     

神光系列装置激光聚变实验与诊断技术研究进展

文章主要介绍了国内自2000年以来的激光惯性约束聚变（ICF）实验研究以及诊断技术研究的进展,主要内容为神光II激光装置上的实验,也对刚建成不久的神光III原型装置上的实验作简要介绍,此外,文章还介绍了神光II和神光III原型装置上近期发展的诊断技术和设备.文章作者在神光II激光装置上开展了多项的物理实验研究,其中包括黑腔物理、内爆物理、流体动力学不稳定性、辐射不透明度以及辐射驱动冲击波等,并取得了重要的进展.在X射线单能成像、Thomson探针、无高级衍射的单级衍射光栅等新型关键诊断技术与尖端设备研制方面也取得了显著进展.     

高功率激光聚变物理实验技术进展

激光核聚变实验技术的进步对研究领域的迅速发展起着十分重要的推动作用．本文从惯性约束聚变最基本的概念出发简单评述这一领域实验物理诊断研究工作的特点和主要进展．也穿插介绍了我们近年来在等离子体实验技术发展方面所做的一点工作．     

神光Ⅱ升级装置锥壳靶间接驱动快点火集成实验

在神光Ⅱ升级装置上完成了国际上首次间接驱动快点火集成实验。实验采用双台阶脉冲整形激光注入黑腔产生X射线准等熵压缩锥壳靶,实现了高密度压缩,然后采用皮秒超短脉冲激光注入加热燃料。实验中观测到中子产额由皮秒激光注入前的5×103增加到2.2×105,中子产额增益达到44倍,实验证实了皮秒激光具有明显燃料加热效果。该实验为进一步开展快点火热斑形成效率和相关物理研究奠定了基础。     

用于神光Ⅲ原型装置精密物理实验的时标激光系统

用与大型激光装置输出主激光脉冲同步的梳状脉冲作为时间标尺,标定强激光与靶丸作用的过程,对强场物理实验测量及模拟实现精密化具有重要的意义.报道了一种电光调制结合光学方法产生与主激光精确同步的多频率时标激光脉冲的光纤系统.采用电光调制产生150 ps快光脉冲,通过光纤堆积产生1053 nm的基频梳状脉冲信号,经过放大和倍频输出527和351 nm的绿光及紫外倍频梳状脉冲激光. 系统可稳定地为神光Ⅲ原型装置提供精密物理实验所必需的各种频率的时标激光,并且可根据物理实验需要灵活地调整梳状脉冲间隔和幅度,具有很好的适应性. 关键词： 激光聚变驱动器 时标光 光纤激光系统     

激光聚变实验中含有吸收校正的轴对称重建

此文提出一种激光等离子体吸收和发射系数的关系的处理方法 ,且用于激光等离子体轴对称重建的吸收校正 ,由此提出一种算法进行轴对称重建。计算结果表明采用吸收校正后的重建效果大为改善。     

激光间接驱动惯性约束聚变二维总体程序——LARED集成程序

介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟,兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验数据、一维辐射流体力学程序进行比对,验证了程序的可靠性。该程序实现了多群输运建模下NIF点火靶的全过程数值模拟,并已应用于惯性约束聚变的物理研究。     

激光间接驱动惯性约束聚变二维总体程序——LARED集成程序

介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟,兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验数据、一维辐射流体力学程序进行比对,验证了程序的可靠性。该程序实现了多群输运建模下NIF点火靶的全过程数值模拟,并已应用于惯性约束聚变的物理研究。     

全光纤多种子激光脉冲产生系统

报道一种可精确同步输出宽带啁啾脉冲、纳秒级整形脉冲以及窄带光参量啁啾放大抽运脉冲的全光纤多种子激光脉冲产生系统.采用掺镱光纤锁模激光器和掺镱单纵模光纤振荡器作为系统的光源,将掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲分束啁啾展宽至0.9ns后,一路进行放大产生10μJ量级的宽带啁啾脉冲为高能拍瓦激光器系统提供种子光脉冲,另一路通过1.2nm滤波产生140ps的基元脉冲,通过光纤堆积器产生可编程整形的2.3ns脉冲,再经过放大达到10μJ量级,提供任意整形的压缩脉冲.同时,将部分掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲进行光电转换并锁相后,产生与锁模超短脉冲高精度同步的电脉冲用于触发幅度调制器,将掺镱单纵模光纤振荡器输出的连续光削波放大,产生光参量啁啾放大抽运脉冲.该系统能够根据物理实验的需要,非常灵活地在输出各种脉冲之间做出选择.     

中国高功率固体激光技术发展中的两次突破

高功率固体激光是激光聚变、高能量密度物理与前沿基础科学研究必需的实验手段。上世纪六七十年代,老一辈科学家王淦昌、王大珩、邓锡铭、于敏等人以敏锐的科学洞察力与超前的战略眼光,开创了中国激光聚变研究的宏伟工程,为中国高功率固体激光技术的长远发展注入了强劲的东风。中国工程物理研究院(简称中物院)作为激光聚变研究的总体单位,联合中国科学院等国内优势单位,在国家强有力的支持下,推动与组织了中国高功率固体激光技术与装置研制的快速发展。中物院激光聚变研究中心作为高功率固体激光技术研发的总体单位之一,敢于担当、勇于创新,团结协作,坚持三十余载,实现了中国高功率固体激光技术研发历程中的两次“突破”,即突破新一代高功率钕玻璃激光技术,相继研制成功了亚洲规模最大、技术先进的神光-Ⅲ原型装置和神光-Ⅲ激光装置;突破百太瓦超短超强激光关键技术,建成了国内首台输出能力高达200 TW的SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置。两次“突破”,不但有力地支撑了中国激光聚变与相关基础科学研究的高速发展,同时实现了中国高功率固体激光技术发展由“望尘莫及”到“望其项背”的跨越,奠定了由“望其项背”到与美、法先进国家“三足鼎立”的坚实基础。     

激光靶中的等离子体流实验研究

在星光和神光激光装置上,用空间-时间分辨、能量-时间分辨技术,激光探针光技术以及法拉第电荷收集器,研究了平面金靶、玻璃球靶、黑洞腔靶的激光等离子体膨胀过程以及离子发射速度分布。观察到了球靶的球体与支撑杆之间以及激光未照射区的等离子体喷流结构。获得了金柱腔靶在特定功率密度下的解体时间。     

激光聚变实验装置屏蔽性能模拟计算

主要采用了蒙特卡罗方法对激光聚变实验装置外表面的中子和光子能谱及剂量进行模拟与分析,引入了MCAM软件绘制激光聚变实验装置的三维模型图,并自动转化为MCNP的输入文件,进行了靶室屏蔽性能的蒙卡模拟,从辐射防护的角度为屏蔽系统的建立、人员的辐射防护以及靶室材料的选择提供理论依据。通过模拟结果得出,CLAM钢作为靶室材料时,其屏蔽中子产生的瞬发光子剂量,在非孔道处是铝合金的1/2左右,40 cm厚的混凝土屏蔽层对中子和光子起到了很好的屏蔽作用,均降低了一个数量级,另外在孔道处的中子和光子剂量,加了混凝土的情况反而比裸靶室时高10% 左右,建议对靶室孔道外部考虑额外的防护。     

用于激光聚变驱动器的全光纤、全固化光脉冲产生系统

报道一种全固化、全光纤的用于高功率激光驱动的惯性约束聚变驱动器的光脉冲产生系统,采用单纵模振荡器输出连续激光信号,经过相位调制器和振幅调制器,得到一个时间波形上已整形且具有一定带宽(约0.1 nm)的激光脉冲,经光纤放大器放大并经光纤分束器分束后同时输出四路激光脉冲,各路激光脉冲先通过时间同步调整单元精确控制时间同步关系后,经可编程光纤衰减器调节各路之间的功率平衡后再通过光纤放大器做进一步放大并通过150 m光纤传输输出至预放系统.该光纤系统可输出0.3—20 ns、带宽0.1 nm、能量数纳焦的几乎任意 关键词： 激光聚变驱动器 前端 光纤激光系统     

利用集成光学技术的新型时间脉冲整形系统

通过对时间脉冲整形技术的探索，发展了一套准备应用于未来高功率激光装置的激光脉冲整形系统。在这套整形系统中，使用了通光波长1．053μm的质子交换型波导调制器。通过这套利用集成光学调制技术的整形系统，得到了脉冲起伏小于10％的整形方波光脉冲。     

激光聚变实验装置屏蔽性能模拟计算北大核心CSCD

主要采用了蒙特卡罗方法对激光聚变实验装置外表面的中子和光子能谱及剂量进行模拟与分析,引入了MCAM软件绘制激光聚变实验装置的三维模型图,并自动转化为MCNP的输入文件,进行了靶室屏蔽性能的蒙卡模拟,从辐射防护的角度为屏蔽系统的建立、人员的辐射防护以及靶室材料的选择提供理论依据。通过模拟结果得出,CLAM钢作为靶室材料时,其屏蔽中子产生的瞬发光子剂量,在非孔道处是铝合金的1/2左右,40cm厚的混凝土屏蔽层对中子和光子起到了很好的屏蔽作用,均降低了一个数量级,另外在孔道处的中子和光子剂量,加了混凝土的情况反而比裸靶室时高10%左右,建议对靶室孔道外部考虑额外的防护。     

SILEX-I装置上激光-团簇聚变实验中子产额测量

 超短超强脉冲激光与CD4团簇相互作用可以产生高能量的氘离子,从而产生DD聚变中子,这种团簇聚变中子源有着非常广阔的应用前景。在SILEX-I 100 TW飞秒激光装置上,超短超强脉冲激光与CD₄团簇相互作用实现了DD核聚变。团簇聚变的中子产额是实验中最为重要的物理量,在实验中采用高灵敏的中子探测器对团簇聚变产生的中子进行了测量,在现有实验条件下测得中子产额为10³。     

我国激光惯性约束聚变实验与诊断技术早期研究历史

文章回顾了中国激光惯性约束聚变(ICF)领域实验与诊断技术的早期研究历史,介绍了ICF实验与诊断研究工作从学习调研、跟踪模仿到自主研制设备、综合实验等方面的艰苦历程。文章可以弥补中国ICF领域在实验与诊断方面科技史研究的空白。     

SILEX-I装置上激光-团簇聚变实验中子产额测量

超短超强脉冲激光与CD4团簇相互作用可以产生高能量的氘离子,从而产生DD聚变中子,这种团簇聚变中子源有着非常广阔的应用前景。在SILEX-I 100 TW飞秒激光装置上,超短超强脉冲激光与CD4团簇相互作用实现了DD核聚变。团簇聚变的中子产额是实验中最为重要的物理量,在实验中采用高灵敏的中子探测器对团簇聚变产生的中子进行了测量,在现有实验条件下测得中子产额为103。