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李志超 赵航 龚韬 李欣 杨冬 蒋小华 郑坚 刘永刚 刘耀远 陈朝鑫 李三伟 李琦 潘凯强 郭亮 理玉龙 徐涛 彭晓世 吴畅书 张桦森 郝亮 蓝可 陈耀桦 郑春阳 古培俊 王峰 蔡洪波 郑无敌 邹士阳 杨家敏 江少恩 张保汉 朱少平 丁永坤 《强激光与粒子束》2020,32(9):092004-1-092004-14
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。 相似文献
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蒲昱东 陈伯伦 黄天晅 缪文勇 陈家斌 张继彦 杨国洪 易荣清 韦敏习 杜华冰 彭晓世 余波 蒋炜 晏骥 景龙飞 唐琦 宋仔峰 江少恩 杨家敏 刘慎业 丁永坤 《强激光与粒子束》2015,27(3):032015
激光间接驱动惯性约束聚变利用辐射烧蚀驱动靶丸球形内爆,在减速阶段将内爆动能转化成热斑内能,同时压缩燃料,达到点火条件,实现聚变点火。根据目前认识,影响内爆压缩过程的主要因素包括内爆对称性、燃料熵增因子、内爆速度和混合。内爆物理实验研究的目的是发展对上述影响因素的实验表征方法,获取这些影响因素随靶设计参数的变化规律,建立相应的实验调控能力,最终达到不断提升内爆性能的目的。为此,在内爆对称性方面,开展了Bi球自发光实验,用于研究点火脉冲前2ns驱动不对称性;在内爆速度方面,开展了球面弯晶单能流线实验,测量得到内爆速度和剩余质量随时间的变化;在混合方面,开展了内壳层示踪涂层内爆混合实验,测量得到环形发光图像。为考察综合内爆性能,在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上开展了DT内爆实验,获得了中子产额随初始靶参数的变化规律。 相似文献
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李波 张占文 何智兵 高党忠 陈素芬 何小珊 赵学森 漆小波 刘一杨 王宗伟 刘梅芳 马小军 孟婕 冯建红 苏琳 陈永平 刘向东 李婧 李洁 《强激光与粒子束》2015,27(3):032024-211
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。 相似文献
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文章主要介绍了国内自2000年以来的激光惯性约束聚变(ICF)实验研究以及诊断技术研究的进展,主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验,也对刚建成不久的神光Ⅲ原型装置上的实验作简要介绍,此外,文章还介绍了神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上近期发展的诊断技术和设备.文章作者在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究,其中包括黑腔物理、内爆物理、流体动力学不稳定性、辐射不透明度以及辐射驱动冲击波等,并取得了重要的进展.在X射线单能成像、Thomson探针、无高级衍射的单级衍射光栅等新型关键诊断技术与尖端设备研制方面也取得了显著进展. 相似文献
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主动式冲击波双灵敏度精密诊断技术是惯性约束聚变物理实验精密化的关键技术之一,其主要功能是精密诊断惯性约束聚变中多个整形脉冲产生的冲击波加载、追赶的速度历程。对基于神光Ⅲ原型的成像型速度干涉仪技术进行了较全面的介绍。主要包括具有快速自校准能力的高分辨成像技术,束靶耦合物理对象分析与靶型设计技术,高置信度图像提取处理技术等关键技术。该系统空间分辨达到5μm、时间分辨10~30ps、测速不确定度小于2%,可对透明介质材料中的多次冲击过程进行连续测量。 相似文献
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神光II激光装置升级完成后,激光能量将大幅提高,同时配备皮秒拍瓦激光束,能够满足快点火研究在万焦耳级平台开展集成实验的需求.神光II升级装置设计原则是以间接驱动为主,兼顾直接驱动.尽管直接驱动只是替代方案,然而由于直接驱动在快点火预压缩中具备一定优势,如能量利用率较高、对快点火导引锥预热较少、便于诊断等,因此需要探索基于神光II升级装置的直接驱动快点火靶设计.本文针对神光II升级装置的激光条件,利用辐射流体程序Multi1D对集成实验用快点火直接驱动靶的尺寸进行了初步内爆压缩设计和优化.在激光条件固定的情况下,优化无充气单层靶球的半径、厚度,尽可能实现高的密度、面密度.得到最优靶参数为外半径420μm,壳层厚度35μm,与靶球定标关系验证一致.根据超热电子定标关系,计算表明压缩过程实现的最高面密度与皮秒拍瓦激光产生的超热电子射程基本匹配. 相似文献
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原型装置诊断靶场系统的主要任务是用于考核和诊断激光束在焦面的远场特性是否满足物理实验的要求;研究、考核用于神光主机靶场系统的相关技术和单元组件,为神光主机靶场系统的概念设计提供设计依据。根据原型装置诊断靶场系统所承当的任务、物理实验的需求以及原型装置的总体技术要求,我们围绕着相关技术在理论分析、数值模拟计算和实验研究方面开展了大量的研究,其研究内容涉及到高强度紫外激光传输、高强度三次谐波转换特性、强激光聚焦特性、衍射光学技术等,所包括的技术有高强度高效率三倍频技术、强激光聚焦焦斑控制技术、束—靶耦合… 相似文献
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谷渝秋 张锋 单连强 毕碧 陈家斌 魏来 李晋 宋仔峰 刘中杰 杨祖华 于明海 崔波 张镱 刘红杰 刘东晓 王为武 戴增海 杨轶蒙 杨雷 张发强 吴小军 杜凯 周维民 曹磊峰 张保汉 吴俊峰 任国利 蔡洪波 吴思忠 曹莉华 张华 周沧涛 贺贤土 《强激光与粒子束》2015,27(11):110101
在神光Ⅱ升级装置上完成了国际上首次间接驱动快点火集成实验。实验采用双台阶脉冲整形激光注入黑腔产生X射线准等熵压缩锥壳靶,实现了高密度压缩,然后采用皮秒超短脉冲激光注入加热燃料。实验中观测到中子产额由皮秒激光注入前的5×103增加到2.2×105,中子产额增益达到44倍,实验证实了皮秒激光具有明显燃料加热效果。该实验为进一步开展快点火热斑形成效率和相关物理研究奠定了基础。 相似文献
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E. I. Moses R. E. Bonanno C. A. Haynam R. L. Kauffman B. J. MacGowan R. W. Patterson Jr R. H. Sawicki B. M. Van Wonterghem 《The European Physical Journal D - Atomic, Molecular, Optical and Plasma Physics》2007,44(2):215-218
The National Ignition Facility (NIF) is a 192-beam laser
facility presently under construction at LLNL. When completed, NIF will be a
1.8-MJ, 500-TW ultraviolet laser system. Its missions are to obtain fusion
ignition and to perform high energy density experiments in support of the
US nuclear weapons stockpile. Four of the NIF beams have been commissioned
to demonstrate laser performance and to commission the target area including
target and beam alignment and laser timing. During this time, NIF
demonstrated on a single-beam basis that it will meet its performance goals
and demonstrated its precision and flexibility for pulse shaping, pointing,
timing and beam conditioning. It also performed four important experiments
for Inertial Confinement Fusion and High Energy Density Science. Presently,
the project is installing production hardware to complete the project in
2009 with the goal to begin ignition experiments in 2010. An integrated plan
has been developed including the NIF operations, user equipment such as
diagnostics and cryogenic target capability, and experiments and
calculations to meet this goal. This talk will provide NIF status, the plan
to complete NIF, and the path to ignition. 相似文献
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Jeff Keister 《Synchrotron Radiation News》2013,26(4):14-17
For nearly 20 years the U3c and X8a beamlines at the National Synchrotron Light Source (NSLS) have been used for absolute calibration and X-ray characterization of detectors and optics. The motivation behind this capability has been the need of the U.S. Department of Energy's National Nuclear Security Agency (DOE-NNSA) programs at other U.S. national laboratories (Livermore, Sandia, and Los Alamos) to provide diagnostics capabilities for high-temperature plasma physics experiments. For example, specific applications of regularly NSLS-calibrated diagnostics are found at Livermore's National Ignition Facility (NIF) and Sandia's Z machine. 相似文献
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《Comptes Rendus de l''Academie des Sciences Series IV Physics》2000,1(6):671-679
This paper reviews the leading edge of the basic and applied science that use high-intensity facilities. The more than 15 000 experiments on the Nova laser since 1985 and many thousands more on other laser, particle beam, and pulsed power facilities around the world have established the new laboratory field of high-energy-density plasma physics and have furthered development of inertial fusion. High-brightness femtosecond lasers have enabled the study of matter in conditions previously unachievable on earth. These experiments and advanced calculations have established the specifications for the National Ignition Facility (NIF) and Laser MegaJoule (LMJ) and have enhanced scientific fields such as laboratory astrophysics. Science and technology developed in inertial fusion have found near-term commercial use, have enabled steady progress toward the goal of fusion ignition and gain in the laboratory, and have opened up new fields of study for the 21 st century. 相似文献
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王立锋 叶文华 陈竹 李永升 丁永坤 赵凯歌 张靖 李志远 杨云鹏 吴俊峰 范征锋 薛创 李纪伟 王帅 杭旭登 缪文勇 袁永腾 涂绍勇 尹传盛 曹柱荣 邓博 杨家敏 江少恩 董佳钦 方智恒 贾果 谢志勇 黄秀光 傅思祖 郭宏宇 李英骏 程涛 高振 方丽丽 王保山 王英华 曾维新 卢艳 旷圆圆 赵振朝 陈伟 戴振生 谷建法 葛峰峻 康洞国 张桦森 乔秀梅 李蒙 刘长礼 申昊 许琰 高耀明 刘元元 胡晓燕 徐小文 郑无敌 邹士阳 王敏 朱少平 张维岩 贺贤土 《强激光与粒子束》2021,33(1):012001-1-012001-60
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。 相似文献
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Progress in direct-drive inertial confinement fusion research at the
laboratory for laser energetics
R. L. McCrory D. D. Meyerhofer S. J. Loucks S. Skupsky R. Betti T. R. Boehly T. J.B. Collins R. S. Craxton J. A. Delettrez D. H. Edgell R. Epstein K. A. Fletcher C. Freeman J. A. Frenje V. Yu. Glebov V. N. Goncharov D. R. Harding I. V. Igumenshchev R. L. Keck J. D. Kilkenny J. P. Knauer C. K. Li J. Marciante J. A. Marozas F. J. Marshall A. V. Maximov P. W. McKenty S. F.B. Morse J. Myatt S. Padalino R. D. Petrasso P. B. Radha S. P. Regan T. C. Sangster F. H. Séguin W. Seka V. A. Smalyuk J. M. Soures C. Stoeckl B. Yaakobi J. D. Zuegel 《The European Physical Journal D - Atomic, Molecular, Optical and Plasma Physics》2007,44(2):233-238
Direct-drive inertial confinement fusion (ICF) is
expected to demonstrate high gain on the National Ignition Facility (NIF) in
the next decade and is a leading candidate for inertial fusion energy
production. The demonstration of high areal densities in hydrodynamically
scaled cryogenic DT or D2 implosions with neutron yields that are a
significant fraction of the “clean” 1-D predictions will validate the
ignition-equivalent direct-drive target performance on the OMEGA laser at
the Laboratory for Laser Energetics (LLE). This paper highlights the
recent experimental and theoretical progress leading toward achieving this
validation in the next few years.
The NIF will initially be configured for X-ray drive and with no beams
placed at the target equator to provide a symmetric irradiation of a
direct-drive capsule. LLE is developing the “polar-direct-drive” (PDD)
approach that repoints beams toward the target equator. Initial 2-D
simulations have shown ignition. A unique “Saturn-like” plastic ring
around the equator refracts the laser light incident near the equator toward
the target, improving the drive uniformity.
LLE is currently constructing the multibeam, 2.6-kJ/beam, petawatt laser
system OMEGA EP. Integrated fast-ignition experiments, combining the OMEGA
EP and OMEGA Laser Systems, will begin in FY08. 相似文献
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Dewald EL Suter LJ Landen OL Holder JP Schein J Lee FD Campbell KM Weber FA Pellinen DG Schneider MB Celeste JR McDonald JW Foster JM Niemann C Mackinnon AJ Glenzer SH Young BK Haynam CA Shaw MJ Turner RE Froula D Kauffman RL Thomas BR Atherton LJ Bonanno RE Dixit SN Eder DC Holtmeier G Kalantar DH Koniges AE Macgowan BJ Manes KR Munro DH Murray JR Parham TG Piston K Van Wonterghem BM Wallace RJ Wegner PJ Whitman PK Hammel BA Moses EI 《Physical review letters》2005,95(21):215004
The first hohlraum experiments on the National Ignition Facility (NIF) using the initial four laser beams tested radiation temperature limits imposed by plasma filling. For a variety of hohlraum sizes and pulse lengths, the measured x-ray flux shows signatures of filling that coincide with hard x-ray emission from plasma streaming out of the hohlraum. These observations agree with hydrodynamic simulations and with an analytical model that includes hydrodynamic and coronal radiative losses. The modeling predicts radiation temperature limits with full NIF (1.8 MJ), greater, and of longer duration than required for ignition hohlraums. 相似文献
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Preheat effects on shock propagation in indirect-drive inertial confinement fusion ablator materials
The velocities and temperatures of shock waves generated by laser-driven hohlraum radiation fields have been measured for several indirect-drive inertial confinement fusion capsule ablator materials. For the first time, a time-resolved measurement of the preheat temperature ahead of the shock front has been performed and included in the analysis. It is found that preheat ahead of the shock front can cause significant shock propagation variations in the ignition capsule ablator materials being considered for the National Ignition Facility (NIF). If unaccounted for, these preheat effects could potentially preclude ignition at the NIF. 相似文献
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K. Mima K. A. Tanaka R. Kodama T. Johzaki H. Nagatomo H. Shiraga N. Miyanaga M. Murakami H. Azechi M. Nakai T. Norimatu K. Nagai T. Taguchi H. Sakagami 《The European Physical Journal D - Atomic, Molecular, Optical and Plasma Physics》2007,44(2):259-264
Reviewed are the present status of the fast ignition researches. Since
1997, the fast ignition experiment and theory researches have been
extensively continued at the Institute of Laser Engineering of Osaka
University. In particular, the cone-shell target experiments and simulation
research have been progressing. In order to demonstrate heating of imploded
high density plasma to the ignition temperature, in the April of 2003, the
construction of heating laser of 10 kJ/10 ps/1.06 μm (Laser for Fusion
Experiment; LFEX), for FIREX-I (Fast Ignition Realization Experiment) has
started. The fabrication of DT foam cryogenic cone target is also under
development as a collaboration program between Osaka University and NIFS (National Institute for Fusion Science). The LFEX
will be completed in 2008.
After the completion of LFEX, the foam cryogenic cone shell target
experiment will start in 2008. As a new approach toward a compact ignition,
an impact fusion has been proposed, where the ablative acceleration to the
order of 108 cm/s is the key issue. The ablation acceleration related
to the impact fusion has been explored by experiments. 相似文献
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可控核聚变反应是科学家用来解决能源缺乏和发展可持续能源的理想途径,为此美国开展了惯性约束聚变(ICF)研究,建设了国家点火装置(NIF),旨在实验室演示核聚变反应,为惯性约束聚变能(IFE)发展指明方向。制靶是NIF点火工程三大主体之一,如何制备满足设计需求的靶丸成为科学家不懈努力的追求目标。详细介绍了NIF工程中主要候选Be靶丸需求背景、研究现状、Be靶优势、靶参数设计要点、靶丸制备技术,以及制靶过程中存在的关键技术问题,为我国Be靶制备及制靶能力建设提供参考信息。 相似文献