自由电子激光器用于固体激光器泵清静夜为惯性聚变能驱动器

为使固体激光器能作用生聚变能量驱动器，提出用自由电子激光器泵浦固体激光器。这种方法有可能满足其有关成本，效率，重复频率和寿命的要求。这些要求对于惯性聚变能商业应堆的能量驱器至关重要。，

通向惯性聚变能的战略

对惯性聚变的向心聚爆物理过程的认识及技术的进展已把我们带向惯性聚变研究的崭新阶段：着手建造有点火能力的激光装置「美国国家点火装置（ＮＩＦ）和法国兆焦耳计划（ＦＭＰ）」。一旦在这批点火级装置上成功演示了点火和增益，这也会导致我们考虑惯性聚变能（ＩＦＥ）研究的新阶段，即着手于在高脉冲率下运行的ＩＦＥ实验装置。为了弄清获得技术和经济可行性的关键问题，已研究了许多ＩＦＥ电厂设计概念。

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。

惯性约束聚变的电磁屏蔽仿真

惯性约束核聚变的激光靶耦合过程产生的电磁脉冲会强烈干扰实验诊断设备的正常运行。为此,用B-dot天线采集了神光Ⅱ装置近靶点处激光与靶耦合产生的电磁脉冲信号,简单分析了6个打靶发次的电磁脉冲实验数据。并提出了加装铜制材料作为屏蔽装置以削弱电磁脉冲干扰的设计。借助ANSYS多物理场仿真软件对加装屏蔽板后不同电压下的电势分布进行了仿真,仿真结果表明,铜屏蔽板对220 V/380 V电压下的激励均具有良好的屏蔽效果,电势大小均降低到15 V以下。

美能源部为惯性约束聚变研究提供4200万美元资助

【美国能源部网站2023年12月7日报道】2023年12月7日,美国能源部宣布未来四年将为“惯性约束聚变能科学技术加速研究”(IFE-STAR)计划提供4200万美元资助。该计划将汇集国家实验室、学术界和工业界的专业知识和能力,推进惯性约束聚变技术发展。

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。

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。

惯性聚变能源激光驱动器研究进展

简要叙述了惯性聚变能源(IFE)的基本概念以及它对驱动器的基本指标要求,然后重点介绍了基于高平均功率激光器技术路线的驱动器研究进展,以及尚需要解决的关键技术问题。最后,介绍了IFE涉及到的其它关键技术问题及发展规划。

惯性聚变能领域的激光二极管抽运固体激光装置

采用激光二极管抽运固体激光(DPSSL)装置作为驱动器是惯性聚变能源(IFE)领域的重要技术途径,可兼顾高峰值功率和高平均功率。介绍了4种单发能量百焦耳、脉宽纳秒级的重复频率固体激光装置,包括系统的概念设计、实验进展,以及放大器构型、能量提取方案、介质热管理等关键单元技术。

快点火与惯性聚变能

惯性约束聚变(ICF)的中期结果在国防与科学方面有重要应用价值,但最终目标是想解决人类的惯性聚变能源(IFE)问题。如果能有新的方式使高密度燃料小囊点火就有可能使这一多年来孜孜以求的梦想变成现实。本文综述聚变能源的材料、原理和研究现状,快点火的原理和可行性研究,提出获得聚变能的一些设想和展望。

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-惯性约束聚变综合诊断系统

概述了为在强激光装置"神光 II"、"星光 II"上开展惯性约束聚变实验而建立的综合诊断系统的构成与指标。重点介绍了近期在X光、光学波段、聚变产物、诊断精密化等方面的进步,以及该诊断系统在黑腔靶物理、内爆动力学、不透明度研究中的应用。

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。

激光惯性约束聚变靶制备技术研究进展

在实验室实现聚变反应释放的能量大于点燃聚变反应所需能量的阈值是当今世界ICF研究的主要目标,实现这一目标仍需要深入研究一系列的关键物理问题。在ICF研究中,制靶能力的发展与提升至关重要,靶的质量是实验成功的核心要素之一。本文介绍了国际ICF靶制备工作近年来在新型烧蚀层材料靶丸、新型靶丸支撑技术、优化黑腔材料与构型以及减小燃料填充管直径等方面取得的一系列进展,并结合ICF物理需求,简要阐述了ICF靶的发展趋势。

激光惯性约束聚变研究中高时空诊断技术研究进展

对国内激光惯性约束聚变(ICF)领域高时空分辨技术的最新进展进行了比较全面的介绍。针对热斑诊断时间分辨优于10 ps、空间分辨优于10μm、能区10~30 keV的需求,从光学、X射线、核诊断和计算成像几个角度,比较系统地介绍了最新的进展。光学领域主要介绍基于泵浦探测技术的全光扫描和全光分幅技术。全光扫描技术的时间分辨可以达到200 fs,全光分幅的时间分辨可以达到5 ps,空间分辨可以达到5μm。该系统的主要部件为光学器件,在ICF未来的强电磁、强电离环境下有很好的应用前景。X射线系统主要介绍最近几年发展的高分辨KB显微镜,其采用STTS构型,可将空间分辨提高到3μm,满足当前高分辨的需求。漂移管技术的时间分辨可以达到10 ps,作为一种正在发展的技术,对此进行了较为全面的分析。中子成像系统主要介绍了高空间分辨的记录系统以及对应的瞄准技术的进展,其空间分辨可以达到20~25μm。计算成像作为一个全新的分支,最近引起了ICF领域的广泛关注。着重介绍了三维光场技术和在高时空分辨领域有很好应用前景的压缩感知超快成像(CUP)技术,对其可能在ICF领域中的应用提出了设想。

压缩感知技术在激光惯性约束聚变研究中的应用

激光驱动惯性约束聚变(ICF)研究是当前国际前沿科学中一个具有挑战性的研究领域,它以高能激光作为驱动源,在极短的时间内将大量能量注入靶丸中使聚变材料达到高温高密度的状态从而在靶丸中心形成热斑并引燃整个燃料层,最终实现可控核聚变。由于内爆热斑直径为50~100μm,其持续时间为100~200 ps,离子温度达到5 keV,压力可达4.0×10^(16) Pa。因此,发展极端瞬态条件下的诊断技术具有重要意义。介绍了两种基于压缩感知技术的诊断方法,第一种是基于数字微镜阵列(DMD)进行编码的反射式可见光压缩感知技术,这种技术将现有的一维任意反射面速度干涉仪(VISAR)与压缩超快成像(CUP)系统相结合,有望实现一种全新的具有高时间分辨的二维VISAR诊断技术,将诊断维度从一维扩展至二维,同时它克服了现有的二维VISAR单幅成像的缺点,有望实现对内爆压缩过程流体力学不稳定性演化过程的连续诊断。由于基于DMD进行编码的反射式可见光压缩感知技术只能用于可见光波段,无法用于紫外与X光波段,为此还发展了一种透射式压缩感知技术。这种透射式压缩感知技术采用一种新颖的透射式元件实现对待测信号的编码,可以实现对紫外和X光波段信号的二维超快探测,有望实现对内爆热斑超快时空演化过程进行精密诊断。此外,针对单通道CUP技术的高时间分辨的优势和低空间分辨的不足,还提出了多通道编码、分别扫描、解码、再合成的全新的高时空分辨诊断系统基本思路,有望实现高时间分辨的同时,实现高空间分辨的二维新型诊断技术。

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。

惯性约束聚变束靶耦合的监测及精度分析

为了提高惯性约束聚变实验中高功率激光驱动装置束靶耦合的精度,介绍了几种束靶耦合监测方法,包括靶室外直接监测,靶室内直接监测,靶室内基于共轭原理的传感器监测等。分析了各种方法的优缺点,并重点对基于光学共轭原理的传感器的耦合精度进行了研究,分析了图像测量误差,CCD保护玻璃引入的误差,调焦导轨运动时引入的误差及传感器标定装校时引入的误差。实验测试及精度分析表明,共轭式传感器引入的束靶耦合误差为±10μm。采用这种基于光学共轭原理的传感器,可以实现大型激光驱动装置的快速、高精度束靶耦合。

磁化套筒惯性聚变一维集成化数值模拟

磁化套筒惯性聚变(magnetized liner inertial fusion,MagLIF)结合了传统磁约束聚变和惯性约束聚变的优点,理论上可以显著地降低聚变实现的难度,具有极大的应用潜力.以研究MagLIF中的关键问题为目标,建立能够综合考虑磁化、预加热、套筒内爆、聚变反应、端面效应、磁通压缩等多种复杂机制在内的集成化物理模型,特别是通过引入流体喷射模型,使得可以在一维计算条件下考虑具有二维特性的端面损失情况,并额外考虑Nernst扩散项对磁通损失的影响.在此基础上编写实现一维集成化MagLIF数值模拟程序MIST(magnetic implosion simulation tools),与FP-1装置(2 MA,7.2μs)上铝套筒内爆实验结果的对比验证了程序磁流体模块的正确性;将聚变模块纳入后与国外同类程序LASNEX和HYDRA计算结果进行整体比较,所得数值结果总体接近,主要差异体现在燃料温度的计算上,对可能影响的原因进行了简要分析.所建立的集成化模型与程序将为未来开展MagLIF聚变实验研究提供坚实的理论基础和重要工具.