浅谈激光聚变

美国国家点火装置的物理实验结果,跨越了热核聚变点火这一标志性的门槛,再次引起了学术界和大众对可控热核聚变研究的兴趣。文章介绍了热核聚变的基本概念、激光聚变的主要内涵和激光聚变点火研究的进展。

激光聚变主放大器能源系统述评

评述了激光聚变主放大器能源系统的演变过程。在简要评述传统能源系统的基础上,重点指出目前正朝向建立大型的能源组件实现模块化的方向发展,以减少系统元件数目,降低造价。结合NIF和神光Ⅲ原型能源模块的设计思路,述评了减少元件数目、降低造价、建造大型储能模块,以及采用大容量转换开关所带来的技术挑战和解决办法。同时指出开展能源单元技术(包括性能、风险、价格)研究是十分必要的。

激光聚变装置能源组件中电感作用的研究

利用等效电路分析了激光聚变装置中氙灯常数对能源组件放电参数的影响 ,调节调波电感可有效保证各路氙灯的电流和能量的一致性 。

激光聚变数值模拟中的大规模数据可视分析

数值模拟是激光聚变物理研究的重要手段.在千万亿次计算机上,实际模拟输出的数据具有规模大、数据结构复杂等特征;其网格单元数达到数十亿,单时间步数据量达数十GB,并涵盖多块变形结构网格、多层自适应网格等复杂网格类型.针对这些特征,围绕激光聚变物理分析需求,着眼于可视分析过程的各个方面,系统地研究了复杂数据分解、可扩展的并行可视分析流程、数值模拟与可视分析高效耦合模式、高表现力的可视化方法等4项关键技术;并通过4个大规模实际模拟结果的可视分析来验证研究成果的有效性.

激光聚变领域高性能条纹相机研究现状与展望

条纹相机(包括X射线条纹相机和可见光光学条纹相机)是一种高时空分辨的诊断设备,在激光惯性约束聚变(ICF)物理实验研究中具有非常重要的应用。介绍了当今国内外激光聚变领域获得广泛应用的两种主要类型条纹相机的技术性能以及各自的技术特点,它们分别采用了同轴电极双聚焦电子光学扫描变像管和双板电极电子光学扫描管。在技术指标方面,重点论述了条纹相机动态范围的判据,分析了激光聚变实验对条纹相机动态范围的需求,介绍了当今国际上高性能条纹相机动态范围指标的现状。文章也介绍了和条纹相机发展应用相关的几项重要技术进展,这些进展包括先进光时标、抗辐射加固记录系统和抑制相机背景噪声的阴极选通技术。

激光聚变空心玻璃微球靶丸充氖工艺

叙述了空心玻璃微球用渗透法进行高温充氖诊断气体工艺研究。分析了影响球内气体压力的一些因素；获得了向不同类型的玻璃微球中充氖诊断气体的最佳充气条件。利用该法在空心玻璃微球中充入了０．０２～３ＭＰａ的氖诊断气体。

激光聚变气体靶核反应速率双峰现象

利用一维数值模拟分析解释了神光Ⅲ原型高中子产额内爆实验中核反应速率的双峰现象。双峰现象的出现是内爆中核反应区能量竞争的结果。在核反应期间反应区离子的增能机制主要是压缩做功,能量耗散机制主要是离子-电子的库仑碰撞。冲击波在DT燃料中的来回反射,使得核反应区的压缩做功出现强弱交替。压缩做功与库仑碰撞能耗的竞争导致反应区离子内能出现上下波动,使得核反应速率出现双峰现象。实验测量的核反应速率峰值时间与数值模拟结果相一致。

激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展

激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍(属于内禀困难)是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象(如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸)中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置(NIF)内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。

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。

激光聚变驱动器的光束相干性及其控制:回顾与展望

高功率强激光与物质相互作用蕴藏着丰富的非线性效应,激光聚变驱动器的光束具有高度相干性,它在光束传输过程中极大地凸显了这种效应,并不可避免地制约着激光功率的提升和激光能量的有效利用。回顾激光聚变驱动器的发展史,在提升激光输出能力的主线外,还存在一条与光束相干性做斗争的暗线贯穿其中。以激光与物质相互作用为牵引,从高功率强激光传输中非线性效应抑制和激光等离子体相互作用的抑制两方面回顾了激光聚变驱动器光束相干性的控制现状,并针对潜在需求,展望了未来高功率激光发展的创新技术。

用于激光聚变实验中的GaAs光电探测器

采用中子辐照过的ＧａＡｓ材料做成了ＧａＡｓ光电探测器，它具有良好的性能，时间响应快（约１００ｐｓ）、灵敏度高（约１０－１９Ｃ／ｋｅＶ）、体积小。已被用于激光聚变实验中Ｘ射线角分布测量。

大科学工程对成德绵区域科技产业的辐射引领作用——以新时代激光聚变研究为例

激光聚变研究是典型的大科学工程。本文介绍了新时代激光聚变研究的重要意义,研究了其对成德绵区域学科发展的辐射作用和对基础研究的引领作用,并就进一步发挥新时代激光聚变研究对成德绵区域科技产业的辐射引领作用提出了建议。

激光二极管泵浦固体激光器及其在强激光武器和激光聚变方面的应用前景

本文介绍了二极管泵浦固体激光器的优点及其应用,特别是它在强激光武器和激光聚变方面的应用前景。分析和比较了各种类型的二极管泵浦固体激光器,并给出了它们的最新进展。最后评论了大功率二极管泵浦固体激光器的发展和前景。

基于激光聚变的电子系统可靠性试验方法

提出一种基于激光聚变反应的电子系统可靠性试验方法。利用神光高功率激光装置在实验室环境下产生的极端辐射环境,能有效模拟电子系统所处的恶劣工作环境,检测其运行的可靠性,研究辐射对电子系统造成的损害。基于激光聚变反应的电子系统可靠性试验,具有极端辐射环境模拟能力强、实验设计灵活、配套测量技术发展成熟的技术优势,能提供在强电磁脉冲辐射、X射线辐射、中子辐射、带电粒子以及高速碎片等恶劣环境下的电子系统可靠性测试,可作为航天和航空电子系统研究的地面可靠性试验手段。

激光聚变内爆D^(3)He质子源的在线诊断系统

提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D^(3)He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别,结合诊断系统排布,可以快速获取激光聚变反应产生的D^(3)He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D_(2)和^(3)He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×10^(9)的初级D^(3)He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D^(3)He质子源能谱和产额信息,从而更加及时地指导实验的开展。

激光聚变靶设计中参数不确定性指标的线性近似法

激光聚变的点火对实验、器件、制靶及诊断等各方面的控制能力都有很高的要求。随着实验逐步趋近点火设计,实验的精密化要求也逐步提高。精密化实验要求靶设计不仅给出激光能量、靶尺寸、气压等参数,还需要给出这些关键参数的不确定性指标要求。因此,获得这些不确定性指标也成为靶设计的主要内容之一。针对如何在实验设计中更为方便有效地获得参数的不确定性指标问题,通过理论结合数值模拟研究给出了一种基于线性近似的方法。这一方法综合考虑各种关键参数变化对实验结果的影响,平衡器件、制靶等对各种参数的控制能力,来获得参数的不确定性指标。以一个气体靶设计为例,通过数值模拟来展示这种方法的使用。结果表明,这一方法可以在显著降低工作量的情况下有效地获得实验设计的参数不确定性指标。

激光聚变靶装配胶的研制

本文介绍了以环氧树脂、聚酰胺、二乙烯三胺、环氧丙烷丁基醚和２，４，６－三（二甲氨基甲基）苯酚（ＤＭＰ－３０）为主体原料，制备出粘度低、室温固化快的激光聚变靶装配胶粘剂。

与激光聚变、自然灾害和深空探测等相关的非线性动力学斑图和轨道稳定性研究2013年度报告

在激光聚变的稳定性分析和刻画方面,针对激光聚变中预热烧蚀RT不稳定性、界面流体不稳定性、激光-等离子体相互作用中的多种不稳定性现象开展全面的研究,对不稳定性导致的斑图演化定量规律、多种不稳定性的竞争以及多种因素对不稳定性的影响,开展了系统研究;并提出了若干控制和抑制相应不稳定性的方案。在大气海洋波动及固体灾变的研究方面,一方面围绕固体灾变,开展了局部化触发灾变破坏的理论模型研究,并针对多种脆性材料开展了实验观测,取得了阶段性的进展;另一方面,研究了一类带快震荡随机力的三维海洋原始方程组,证明了其不变测度的存在性和在分布意义下的收敛性;研究了无界区域中的带随机外力的二维准地转方程,克服了无界区域没有紧性的困难,证明了该随机方程随机吸引子的存在性。还针对地震波算子、不可压NS方程整体稳定性等问题开展了研究。这些都稳步推进了大气海洋方程波动的研究。在深空探测的轨道设计及相关基础理论方面,一方面在Arnold扩散的基础理论方面取得了关键性进展;另一方面针对平运动共振、小行星动力学特征等问题开展了系统的研究,为精细太阳系模型的发展开展了很多方法和计算上的准备,还围绕深空航天器轨道设计多个子课题开展了系统的研究,取得了突出的成果,形成了具有重要应用价值的程序库,为进一步研究奠定了基础。在生物信号转导动力学和调控机制的研究方面,围绕p53介导细胞命运抉择、转录终止子调控,小RNA对靶基因m RNA的调控等方面开展了系统的研究,并取得了阶段性的成果。我们还针对多种信号网络的同步、信号转导等过程开展了多角度的研究。CVTree3网络服务器新版本的编程已完整,正在内部试运行,很快即可发布。

苏联激光聚变研究

【美国《聚变技术》1988年9月号第253页报道】本文回顾了苏联激光聚变研究25年的历史,对聚变研究采取的重大步骤、建造大型激光装置和以实验结果为依据的理论预言进行了讨论。60年代初,人们提出了利用激光把等离子体加热到热核反应温度的想法,并在1961年苏联科学院年会上作了介绍。

激光聚变靶丸球度测量与评定

为了解决激光聚变靶丸表面形貌高精度测量与评定的难题,提出一种激光差动共焦靶丸球度测量与评定方法,该方法利用激光差动共焦测量系统的轴向响应曲线的过零点与其物镜焦点位置相对应这一特性实现对靶丸表面的定焦,通过将靶丸在两个正交的方向上分别旋转,测量并获取靶丸表面的数个截面,实现靶丸表面全形貌测量,利用最小区域球度评定算法,建立靶丸球度评定的三维模型,对靶丸表面形貌进行定量评定。搭建实验装置对靶丸表面进行采样测量,评定结果显示,该方法的测量重复性为0.15μm,为靶丸表面形貌测量与评定提供了一种可行方案。