神光Ⅲ能源模块总体设计

介绍了神光 能源模块的设计 ,包括总体结构、电容器保护、充电机、控制系统等部分。该模块通过放电传输电缆为氙灯提供泵浦能量 ,结构紧凑、安全可靠、操作方便。运行表明 。

神光III强激光能源模块测量线圈研究

神光III 能源模块作为一种大功率强激光功率源,采 用合适传感头准确可靠测量其脉冲电流,有利于提高能量 传输的可靠性和准确性。该文分析了置于该能源模块中高 压侧测量不同脉冲宽度电流的Rogowski 测量线圈的数学模 型、时域和频域特性,以及最佳阻尼参数配合和优选方法, 并对基于MATLAB 环境下SIMULINK 工具所做的仿真结 果和现场实验测试采集到的脉冲电流波形进行了比较。为 有效抑制积分漂移,该文提出了复合积分器电路模型。该 文章介绍的基于Rogowski 线圈的测量仪器具有尺寸小、结 构简单、低功耗、高准确度、安全操作等特点。

神光III强激光能源模块参数设计与保护策略

介绍了神光III预研计划能源模块电路设计方法及参数选择原则 ,详细分析了电源系统可能存在的各种故障情况 ,在此基础上提出了电源系统故障保护的方法和对策 ,这对于电源系统的设计和安全运行具有十分重要的意义。实验结果表明 ,所研制的脉冲电源满足系统要求。

神光Ⅲ主机装置真空靶室组件研制

针对神光Ⅲ主机装置真空靶室系统横向刚度较弱、必须进行现场精密加工和安装等研制中的技术难题,对真空靶室组件的结构和整体加工工艺进行了设计。结合靶场总体稳定性设计思路,设计了垂直支撑结构和能提供摩擦阻尼耗能的横向支撑结构,并对壁厚进行了优化设计。通过使用开孔器、六维调节结构和激光跟踪仪,设计修配调整垫等,解决了现场精密加工问题,实现了靶室与靶场基准体系的精密对接。计算结果表明,48束打靶透镜平均平动位移均方根值为2.8μm。建成后,靶室中心高度偏差为±0.12mm,水平偏差达到±0.18mm,各重要联接法兰对心偏差达到0.35～0.40mm。

神光Ⅲ主机装置编组站稳定性设计

为使神光Ⅲ主机装置的打靶精度达到30μm,本文以稳定性指标为前提设计了该装置的靶场编组站,并对编组站刚架和传输反射镜组件进行了优化。采用钢筋混凝土结构支撑编组站刚架,在编组站刚架主框架内增加斜撑,以减小并合理分布编组站刚架的质量载荷,同时对局部的横梁增加人字形斜撑。设计了反射镜架且使其基频远高于编组站刚架基频以抑制编组站反射镜在随机宽频振动激励下的角度漂移。对靶场结构有限元(FEA)模型的力学分析表明,编组站中87%的传输反射镜的角度漂移低于0.48μrad,根据靶场系统中各元件漂移对光路定位误差的影响公式进行分析,结果显示编组站反射镜角度漂移可以满足靶场各单条光路定位误差不超过12.9μm的稳定性指标,证明所设计的神光III主机装置编组站可以满足相应的稳定性要求。

利用"神光-Ⅱ"激光装置多路光束叠加直接驱动下的冲击波平面性及稳定性

利用"神光 Ⅱ"的3路基频光输出及小透镜列阵束匀滑技术,通过优化设计和合理地选择光路组合,实现了多路叠加斜入射的驱动激光,在靶材料中产生一个650～750μm范围内平面性良好的冲击波,有效地提高了"神光 Ⅱ"输出光束的利用率。同时,利用斜面靶进行的冲击稳定性实验表明,在靶面功率密度分别为3.26×1014及2.56×1014W/cm2时,冲击波至少在28.38～55.82和22.13～35.07μm的Al样品厚度内是稳定传播的。

“神光-Ⅲ”主机装置的自适应光学波前校正系统

本文介绍了为"神光-Ⅲ"主机装置研制的五十套工程化自适应光学系统,包括系统技术方案,基于可拆卸技术的大口径变形镜和具有自动对准功能的哈特曼波前传感器两主要部件的性能,测量并分析了波前特性,系统校正结果表明:自适应光学系统改善了主机装置的光束质量,满足10倍衍射极限范围内激光能量大于95%的指标要求,确保"神光-Ⅲ"主机装置激光在主放大系统内的传输顺畅。

神光-Ⅲ 3ω光路自动准直系统设计

基于闭环反馈控制理论,对神光-Ⅲ3光源自动准直系统进行设计,分析系统的工作原理、控制算法和软件控制流程。对准直过程中电动控制对于控制结果影响的变化规律建立了数学模型,旨在克服俯仰和方位相互联动对准直精度的影响。采用二维镜架自动准直方案,使准直偏差在预定调整范围内不断收敛。神光-Ⅲ调试现场的准直结果证明:该自动准直系统达到了设计要求,即自动准直系统在半小时内完成8路光束的光束准直,其角度误差≤5.0%/空间滤波器小孔直径,平移误差≤1.0%(光束近场直径精度)。

神光系列激光聚变实验装置建造的工程史考察

我国惯性约束核聚变研究则可追溯到20世纪60年代中期,迄今已经先后建造了神光Ⅰ、神光Ⅱ、神光Ⅲ等在国际上配置先进的激光聚变综合实验平台。本文立足相关研究文献、回忆文章和人物访谈等,从工程史角度对我国神光系列装置的建造历史进行了比较全面的梳理,并尝试对其中包含的历史经验进行总结。

神光Ⅲ主机双束组激光间接驱动内爆实验研究

在神光Ⅲ主机装置上,利用已经建成的两个激光束组,开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验,是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400μm×2100μm黑腔,500μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料,激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明,实验黑腔的耦合效率约为50%;使用的黑腔偏长,靶丸被压缩为"薄饼形";中子产额和激光能量正相关;中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。

神光Ⅱ升级装置X光针孔相机研制

针孔相机是激光焦斑及打靶瞄准精度监测的主要工具。针对神光Ⅱ升级装置开展针孔相机的研制工作。通过各项参数和结构的优化设计,完成神光Ⅱ升级装置针孔相机诊断系统的设计、研制和集成调试,并进行性能测试实验。结果表明:针孔相机探测能区到达1.0～5.5keV,空间分辨力优于20μm,放大倍率5.13～9.99。针孔相机可用于神光Ⅱ升级装置开展激光焦斑及打靶瞄准精度监测工作。

神光-Ⅲ主机装置MJ级能源系统研制现状

介绍了神光-Ⅲ主机装置能源系统的功能要求、组成结构和设计方法,以及关键单元器件的功能要求和设计方法。该系统是片状放大器系统的重要组成部分,由6个束组共108套最大储能为1.2 MJ的能源模块组成,总储能达到110 MJ(最大130 MJ)。每套模块产生一个脉宽610μs(10%峰值)的电流脉冲,驱动10组、共20支氙灯,为片状放大器提供泵浦能量,峰值电流为0.25 MA。目前投入试运行的36套能源模块的各项电气性能指标满足设计要求,能确保片状放大器小信号增益系数达到5.0%/cm,为片状放大器提供足够的泵浦能量,满足激光器的能量需求。

“神光Ⅱ”基频直接驱动内爆出中子靶制备工艺

描述了“神光Ⅱ”基频直接驱动内爆出中子靶制备工艺。用该工艺制备的爆推靶、烧蚀靶在“神光Ⅱ”装置上用基频光进行物理实验 ,分别获得了 4× 10 9个中子和 6× 10 8个中子的高中子产额 。

神光Ⅲ原型装置中鬼像的近轴计算与分析

针对神光Ⅲ原型装置,提出了一种在复杂的光学系统中进行鬼像分析的有效方法。该方法的特点在于结合了近轴光线追迹法和二叉树的数据存储结构,能对整个神光Ⅲ原型装置中可能产生的1至多阶(最高6阶)鬼像进行全面的分析,且耗费时间较短。通过分析找出了神光Ⅲ原型装置中鬼像能量较集中的几个光学表面,它们分别是:泡克尔斯盒中一个开关的前后表面,经过主放大级后的垂直反射镜面和折返系统末端的一块透镜的后表面等,这些结果都将为设计阶段排除高能量鬼像对系统元件可能造成的损伤提供有力的参考。

神光Ⅱ升级装置软X光能谱仪研制

软X光能谱仪（SXS）是惯性约束聚变黑腔辐射流、辐射温度测量的主要诊断设备。根据神光Ⅱ升级装置实验需求，完成软X光谱仪系统研制，并开展了性能研究。谱仪采用环形透镜成像准直方法保证瞄准精度，通过固定角度平面镜安装机构来减少角度偏差。利用滤片、平面镜以及X光二极管（XRD）探测器的标定实验结果，得到谱仪测量能区为0．05～4．97keV。在短脉冲激光装置上开展通道时间响应性能研究，确定系统时间分辨力为99．22ps。

神光-Ⅲ诊断包瞄准指示器光学系统的设计和研究

介绍采用瞄准指示器提高诊断包瞄准精度的方法。基于高斯光束薄透镜变换原理分析由单模光纤耦合输出的激光经过瞄准指示器的光学系统后的传输特性，提出近轴放大率是影响瞄准指示器像方光斑大小的主要因素。设计一个以光纤耦合输出激光为光源，工作波长为635nm，总长小于100mm，瞄准距离（600～1500）mm，在靶心处相应光斑大小为（46．2～71．9）μm的神光-Ⅲ诊断包瞄准指示器光学系统。该激光光学系统采用3片普通光学玻璃，其中固定组由正负分离的2片玻璃组成，变焦组为单片负透镜。最后利用点扩散函数和波像差进行质量评价，结果表明该光学系统设计指标达到技术要求。

神光Ⅲ主机装置内爆中子和伽马辐射特性的数值模拟

采用三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序JMCT,对神光Ⅲ主机靶场进行精细几何建模,使用该模型通过计算获得了DD内爆聚变中子及伽马射线在靶场环境的空间分布以及能谱和飞行时间谱。根据计算结果对散射中子和伽马射线的特性进行了讨论,并定量分析了散射中子噪声和伽马噪声分别对下散中子产额测量和高能X射线照相的影响。研究结果表明:必须进行有效的辐射屏蔽设计才能使下散中子产额测量和高能X射线照相的信噪比优于10。

“神光Ⅱ”基频激光首次穿孔实验

本文介绍首次对 8束“神光Ⅱ”装置基频穿孔“磨合”实验结果 :在 40 0～ 5 0 0J/束的能量采用南 1、2、4和北 5～ 8束同时穿380 μm孔时 ,透过率一般为 5 0～ 6 0 %。各束激光能量很不平衡 ,光束质量不好 ,波面畸变严重。激光波形差 ,严重时出现双脉冲。在 5 0J/束左右的能量采用南四路同时穿2 5 0 μm孔时 ,透过率仅为 2 0 %左右。这些结果表明 :98年的“神光Ⅱ”装置尚不具备开展腔物理实验所需的技术条件。这些结果也为“神光Ⅱ”

神光Ⅲ激光装置能源模块的可靠性增长评定

能源模块是神光Ⅲ激光装置最重要的单元模块之一,其可靠性水平直接关系到神光Ⅲ激光装置的可靠性、稳定性、能量转换效率以及装置的造价。为了评估能源模块的可靠性,提出了根据模块试验运行过程特点的两阶段评估法。第1阶段的失效数据较多,采用传统的Weibull寿命数据方法评估;第2阶段失效数据较少,采用一种综合利用第1阶段可靠性评估结果的Bayes评估方法。给出了第1阶段的可靠度函数和首发打靶可靠度,第2阶段可靠度的计算方法以及首发可靠度。结果表明能源模块的可靠性增长呈阶段增长方式,在每一阶段中可靠性水平保持不变。

神光Ⅲ主机装置X光静态成像系统研制

针对神光Ⅲ主机装置的靶室结构和打靶方式要求,基于针孔成像原理,成功研制出应用于神光Ⅲ主机装置的X光静态成像系统。该系统采用模拟靶组件进行离线瞄准,并可进行在线轴向和指向调节,调节精度分别为81μm、40μm。针孔组件和滤片组件的自动更换使系统实现了真空环境下的在线快速切换和运行。同时使用有限元软件ANSYS对系统的变形与应力进行模拟分析以保证系统的可靠性。系统搭载X光CCD在神光Ⅲ主机装置上进行激光打靶考核,实验结果表明,该系统达到神光Ⅲ主机装置使用要求。