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。

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。

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。

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。

激光惯性约束下多帧影视图像视觉传达模型构建

原有构建方法在多帧影视图像分析中,无法对图像光点的重叠位置进行标记,导致视觉传达模型中的色彩表现出现错位,影响图像的视觉传递效果,研究激光惯性约束下多帧影视图像视觉传达模型构建方法。基于激光惯性约束构建观测矩阵,对图像的视觉信号进行处理;以视觉信号的感知关键点,对应光点信号排布关系,获取图像信号光点势能;以离散函数为转换图像像素值,通过图像梯度表现形式,计算影视图像平均梯度;引入贝叶斯理论框架,配置多帧图像中色相光点,建立视觉传达模型。实验以多帧影视图像的色相为测试条件,将多帧图像转换为不同比例大小的图像,对比视觉传达模型转换后,图像的色相强度表达误差和波动程度。设置多帧影视图像的基色为红色,当图像变化比例为50%时,加入色相比例为80%蓝色时,本模型的强度表达误差可以控制在0.5以内,而传统模型的最大误差为3.0、2.8和2.5。在图像波动程度对比中,本模型在视觉图像转换完毕后,光点含量与实际图像相一致,而传统模型应用后,图像的光点含量会随着图像比例的增加逐渐减少,产生较大的色相波动,说明本方法更加有效。

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。

聚酰亚胺材料在惯性约束聚变制靶中的应用

聚酰亚胺材料机械性能、热性能及耐辐照性能都很好，是惯性约束聚变制靶中比较重要的靶材料。在制靶中最主要的应用是制备空心微球，其次是薄膜和柱腔。综述了聚酰亚胺材料的主要性能，聚酰亚胺微球的制备历史、现状及当前的发展方向。探讨了国内聚酰亚胺微球研制的基本思路。另外简单回顾了聚酰亚胺薄膜和柱腔在惯性约束聚变制靶中的应用现状。

惯性约束核聚变

一、能源问题 人类开始生活在地球上,当初尚没有文化,他们和别的动物一样,只靠日光和动植物以维持生命,后来逐渐有了文化,特别是“钻木取火”以后,人们知道如何取得和需要火,知道了利用能源。

强激光能源系统新型放电回路研究

从理论上分析了强激光能源系统新型放电回路能量传输效率和氙灯能量分配均匀性问题 ,给出了预电离回路的实验研究结果 。

kJ级宽带低相干激光驱动装置

激光等离子体相互作用的不稳定性将有望通过降低高功率激光装置输出光束的相干性得到大幅缓解。利用低相干光源作为种子源,采用钕玻璃放大介质,研制成功国际首台kJ级大带宽低相干激光装置,实现了带宽13 nm、能量960 J、脉宽3~10 ns可调,相干时间仅为300 fs的大能量光脉冲输出。输出脉冲光谱匀滑无纵模结构,且谱相位随机分布,可实现脉冲波形和光谱分布的无关联精密调控。该装置不仅成功演示验证了低相干激光驱动器的单元技术及系统集成技术,同时也为激光等离子体相互作用及高能量密度物理研究提供了全新的实验研究平台。

高功率KrF准分子激光光束平滑技术实验研究

均匀辐照是束靶相互作用实验的首要条件。采用无阶梯诱导空间非相干(EFISI)光束平滑技术对KrF准分子激光光束进行平滑实验研究,初步得到了带宽Δλ为4×10-10m、相干时间tc为0.5ps、不均匀性小于12%的光束空间分布。

黑腔中高斯型激光束偏折的模拟研究

利用三维激光等离子体相互作用流体程序LAP3D数值模拟研究了高斯光束在均匀等离子体传播过程中的激光束偏折现象,分别考察了激光强度变化和等离子体横向流的流速变化对束偏折的影响。模拟结果表明:当流速接近离子声速时,激光束偏折效应最明显,此时激光偏折程度与激光强度成正比;当流速逐渐小于离子声速时,激光束偏折行为受抑制逐渐减弱;而当流速逐渐大于离子声速时,激光光强包络的变化以衍射效应为主。

高功率激光装置电磁环境研究进展

激光惯性约束聚变研究中,高功率激光器靶室中强激光-靶物质作用产生的高能电子的运动、X射线与周围物质作用产生的置换电流将激励出强电磁脉冲,场强幅值高达几万V/m,频率达GHz量级,能库等工作区域大电流、大电压的快速变化过程也将辐射电磁场,这些电磁脉冲对电子设备将产生各种电磁耦合效应,影响控制时序、测量数据的准确性,严重的甚至使仪器设备毁坏,这种电磁脉冲对生物组织具有损伤效应。本文详细介绍了国内外高功率激光装置电磁环境的理论与实验研究进展情况。

激光聚变冲击波点火的热斑形成机制

通过对冲击波点火内爆过程的数值模拟分析点火热斑压缩及形成机制。分析了传统中心点火的内爆过程,热斑主要经历冲击波压缩和惯性压缩过程,点火主要通过惯性压缩来实现。并仔细分析了冲击波点火的内爆压缩过程,从内爆角度来看冲击波点火并不是压缩和点火分开的两步过程,点火冲击波实际参与压缩过程,点火冲击波对热斑的直接影响很有限,热斑仍然主要通过壳层的惯性压缩实现点火。利用惯性压缩的定标关系及冲击波碰撞对壳层影响规律分析了热斑增压的物理机制,冲击波点火是通过点火冲击波与回冲击波的碰撞来提高壳层的密度,从而实现热斑压力的提升。

激光束低频位相误差叠加规律研究

用随机位相屏模拟光学元件产生的低频位相误差 ,并用 RMS位相梯度对低频位相误差进行统计量化 ,通过对激光束传输过程进行模拟 ,对低频位相误差的叠加规律有了新发现 ,并对位相误差叠加规律进行了修改 ,为位相校正提供了理论上的依据 ;通过对光束聚焦过程进行研究 ,得到了低频位相误差影响光束焦斑尺寸的初步规律 ;并在此基础上提出了一种光束质量控制的新方法。

激光ICF靶用阻氢聚合物材料

介绍了近年来关于氢气及其同位素在聚合物材料中的渗透行为的研究及阻氢聚合物在激光惯性约束聚变(ICF)中的应用,并简要概述了影响聚合物材料阻氢性能的主要因素。