美福陆将负责全球首座激光惯性约束聚变电厂设计

【美国远景聚变能系统公司网站2024年3月8日报道】美国远景聚变能系统公司(Longview Fusion Energy Systems)近日将全球首座激光惯性约束聚变电厂设计合同授予福陆公司(Fluor)。远景计划在十年内建成这座功率高达160万千瓦的聚变电厂。

激光惯性约束聚变堆发展与展望

自21世纪伊始,伴随着人口数量的快速上升和经济的飞速增长,能源需求呈现出急剧上升的趋势。然而,主要由煤炭、石油和天然气构成的化石燃料等一次能源,在自然界中的存量并非无穷无尽。为了应对这一问题,人类迫切需要开发既绿色清洁又持续可靠的新能源。激光惯性约束聚变(Laser Inertial Confinement Fusion,简称LICF)是以激光或粒子束为驱动源的大科学研究,是现阶段实现可控核聚变区别于磁约束聚变(Magnetic Confinement Fusion,简称MCF)的主要技术途径之一。

美企合作推进激光惯性约束聚变能商业化

【美国福陆公司网站2023年4月18日报道】2023年4月18日,美国福陆公司(Fluor)宣布与朗维尤聚变能系统公司(Longview Fusion Energy Systems)签署谅解备忘录,将合作推进激光惯性约束聚变技术的商业化应用。朗维尤计划于本世纪三十年代初建成一座激光惯性约束聚变中试电厂。其聚变电厂设计基于美国国家点火装置(NIF)近期的突破性进展。

激光惯性约束聚变靶靶丸制备与表征

激光惯性约束聚变的核心思想是利用球形内爆技术对聚变燃料进行增压,使热核燃料达到高温、高密度的等离子体状态,进而实现聚变点火。基于对称压缩、流体界面不稳定性和实验诊断的考虑,ICF实验对作为热核燃料容器的空心微球的品质在球形度、壁厚均匀性、表面粗糙度以及掺杂水平等方面提出了严格的要求。为满足这些要求,陆续发展了乳液微封装技术、降解芯轴技术、低压等离子体聚合/掺杂技术、干凝胶玻璃微球制备技术等用于多层塑料微球和空心玻璃微球的研制。另一方面,针对ICF靶丸量小、质轻以及表面要求高的特点,发展了相应的非破坏性靶丸参数表征技术,如X光照相技术、4π形貌表征技术、微球掺杂水平测量技术以及微球内燃料负载水平快速测试技术。基于这些制备与表征技术,初步实现了多层塑料微球、玻璃微球、聚-!-甲基苯乙烯芯轴微球、梯度掺杂CH微球的研制,满足了"神光Ⅱ"、"神光Ⅲ原型"及"神光Ⅲ主机"上开展的一系列内爆物理实验的要求,同时为未来点火物理实验用靶丸的研制提供了技术支撑。

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。

用于惯性约束聚变靶丸测量的激光差动共焦传感器

针对目前原子力显微镜等方法只能测量激光惯性约束核聚变(ICF)靶丸外表面等难题,研制了高精度、非接触、小型化的激光差动共焦传感器(LDCS)。该传感器基于差动共焦原理,利用激光差动共焦轴向响应曲线的零点对靶丸内外表面和球心分别进行定位,并结合物镜微位移驱动技术,实现靶丸内外表面和壳层厚度的高精度测量。该方法减少了靶丸表面的反射率、倾斜等因素对测量瞄准特性的影响,显著提高了系统的抗干扰能力。将传统的显微成像与差动共焦测量光路进行有机融合,实现了对被测样品的精确瞄准。初步实验与理论分析表明:当测量物镜的数值孔径NA为0.65时,LDCS的轴向分辨力优于5nm,信噪比优于1 160,过零点的标准偏差为10nm。该传感器为激光惯性约束核聚变靶丸测量提供了一种新的技术途径。

激光惯性约束聚变靶技术现状及其发展趋势

靶是激光惯性约束聚变(ICF)研究的物质基础,其质量的好坏对物理实验结果有极其重要的影响。靶本身的特点决定了制靶是一项极其复杂且特色鲜明的系统工程。主要介绍了国内ICF靶制备技术的现状,并对存在的问题及今后一段时期内的发展趋势作了简要说明。

惯性约束聚变激光驱动装置用光学元器件的研究进展

介绍了为提高惯性约束聚变(ICF)激光驱动装置的光束质量和输出功率,我国在神光系列激光装置的建设、运行和性能提升方面开展的工作。综述了我国近年来ICF激光装置用光学元器件的重要研究进展。文中涉及了高纯金属铪和磷酸二氢钾(KDP)等原材料的制备和四大主材(钕玻璃、高纯度KDP、熔石英和KDP/高掺氘KDP(KDP/DKDP晶体)的熔炼、加工和生长。描述了元器件的冷加工(针对钕玻璃、白玻璃、KDP晶体)技术和镀膜技术(针对介质膜和化学膜)。最后,给出了针对大口径光学元件工序检及终检开展的多项关键检测技术。文中介绍的关键技术与工艺满足了绝大部分光学元器件的需求,显著提升了光学元器件的研发和生产能力。

惯性约束核聚变多路打靶激光光束引导方法的研究

提出了一种用于惯性约束核聚变(ICF)的多路激光光束引导的新型传感器。通过内置面阵CCD来监测激光光点位置,并利用共轭光路法引导光束到预定位置。在引导过程中光束不直接打到靶上,避免了靶的不同形状对光束引导的影响。提出了激光光束的引导方法和流程。设计了零位角测量光路,并用于测量激光光束的入射角。

推动激光聚变点火实验研究和关键技术

2021年8月8日,国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)上获得1.3 MJ能量产出,首次达到MJ量级。这一进展使激光聚变研究接近美国国家科学院和国家核安全管理局定义的点火门槛,极大地鼓舞了激光聚变领域的研究人员。此次实验取得的成果取决于过去几年整个NIF研究团队的努力,包括理论和数值模拟、诊断技术、制靶技术、黑腔、靶壳以及填充管相关技术。调研了NIF上聚变点火的发展进程,梳理了美国过去十年为推动惯性聚变研究发展在实验和相关技术方面所作的努力,以期对中国激光聚变研究提供参考。

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。

惯性约束核聚变用激光玻璃的研究进展

阐述了惯性约束核聚变用激光玻璃的应用背景;着重介绍了国内外在激光玻璃材料研究开发方面的状况、主要成就及存在的问题并展望了其发展方向。

激光惯性约束核聚变历程回眸

惯性约束核聚变是获取聚变能的一种可能途径,随着更大型激光驱动器的建成,正在探索点火点附近的各种物理过程和实现点火的方式,以期未来可以实现真正的聚变点火,同时大型激光驱动器也推动了高能密度物理研究的发展,实验结果表明,当前惯性约束核聚变研究正处于困难和机遇共存的阶段,本文对惯性约束核聚变以及大型激光驱动器的发展历程进行回顾,并对实验的结果进行简单综述。

惯性约束聚变能源与激光驱动器

聚变能源是一种“干净的”几乎取之不尽的能源。研究进展表明，有希望在２１世纪中叶实现商业发电。惯性约束聚变则是实现聚变能源的主要途径之一。８０年代末，美国用地下核爆的辐射能量成功地驱动惯性约束聚变，证实了这一技术路线在科学上的可行性。９０年代以来，一些...

惯性约束聚变激光烧蚀驱动内界面不稳定性数值模拟

利用水平集方法和三阶本质无振荡(ENO)方法研究了流体力学界面不稳定性和激光烧蚀驱动内界面不稳定性数值模拟,并用数值算例与LARED S程序的运算结果进行了比较.数值结果表明此方法计算惯性约束聚变激光烧蚀驱动内界面不稳定性的有效性和精确性.

激光惯性约束聚变中的氘、氚核自旋极化方法

介绍了激光惯性约束聚变（ＬＩＣＦ）中的氘（Ｄ）、氚（Ｔ）热核燃料核自旋极化的基本原理，综述了这一课题的进展情况。讨论了动态核极化理论在氘氚（ＤＴ）核极化中的固体效应、自旋温度效应以及速率方程，并说明了在激光惯性约束聚变反应堆研究中采用极化的氘氚热核燃料所带来的利益，提出了今后该课题将继续研究的几个问题。

应用于惯性约束聚变的激光微加工技术研究

各种式样的针孔板以及狭缝片是惯性约束聚变（ICF）以及高能量密度物理（HEDP）实验研究中诊断设备的重要构成部分.从实验诊断中所需求的多种结构类型的针孔板/狭缝片出发,针对激光微加工加工参数进行了细致的性能研究优化了针孔板参数指标,同时针对狭缝片加工创新地提出了“三段式”新型加工工艺,提升了狭缝片参数指标.最终,针对孔径在12 ～ 15 μm的4X4针孔阵列板其孔径一致性从40％提升到20％,缝宽20 μm的狭缝片其平整性从±5μm提升到±2μm,解决了100×100超大型针孔阵列出现的针孔形状不规则问题,显著地提升了实验诊断所用的针孔板/狭缝片的性能.

激光惯性约束核聚变推进技术展望

本文总结了当前实现可控核聚变的各种途径。激光惯性约束核聚变具有驱动器和反应器分离,结构简单,易于控制的优势,可望用于火箭推进。本文设想了激光聚变推进器的主要构造,聚变靶丸的形状及构成,概括了其中的工程技术难点,并展望了人类利用月球聚变材料探索深空的远大前景。

激光惯性约束核聚变(ICF)最新进展简述

对国际上及我国在激光聚变研究方面的最近进展做了简要评论。对于激光聚变的一些主要装置，如美国国家点火装置，罗彻斯特大学的Ｏｍｅｇａ装置及美国海军实验室的ＮＩＫＥ装置，以及在这些装置上所开展的研究工作做了简短的分析。

激光惯性约束核聚变的新进展

能源科学是当代科学技术的重大课题之一。对于解决人类未来的能源问题,原子核能当然是最有前途和最受重视的能源。原子核裂变反应堆作为一种能源已愈来愈受到各国政府的重视,原子能电站的发电量占世界总发电量的比重也在逐年增加。50年代以来,人们进一步把注意力转向探索聚变能的利用。这种聚变能的燃料是氘、氚,它蕴藏在海水之中,是最清洁、最丰富的能源。本文将着重介绍受控核聚变的途径之一——激光惯性约束聚变。