激光驱动的ICF物理研究

惯性约束聚变是近年来发展迅速、具有科学意义和应用前景的研究领域．本文概述了激光驱动的惯性约束聚变的物理过程和值得研究的物理问题；讨论了激光聚变物理与核武器物理的联系，说明军用研究是激光聚变研究近、中期应用的重要方面；介绍了中国工程物理研究院的激光聚变研究工作．     

激光聚变中的科学计算

科学计算存激光聚变研究中发挥着重要的作用.经过长期的努力,中国已形成了以LARED系列程序为核心的分段模拟激光聚变主要环节和关键问题的二维数值模拟能力.文章首先介绍了激光聚变的主要物理过程、主要物理过程的特征以及对科学计算的要求.其次,介绍了LARED系列程序的主要功能以及在激光聚变物理研究中的应用,介绍了正在研制和发展的模拟激光聚变全过程的新一代高性能并行应用程序的思路.最后,介绍了激光聚变科学计算中面临的一些挑战性问题.     

激光聚变研究中的一些物理问题

惯性约束聚变（ICF）是不同于磁约束聚变的另一种实现可控热核反应的方式，作为未来的能源有着光明的前景。目前研究最多的最激光引起的聚变。高功率激光可以在物质中产生千万大气压级的高压，能用于研究高压物理，激光产生的X江可用于研究辐射物理和作为高亮度的X光源。近年来，激光更用于在实验室中产生X光激光。激光与等离子体的相互作用是激光聚变研究的基础，数值模拟则是ICF研究中不可缺少的手段。     

激光靶耦合过程中的激光能量沉积方程

 激光聚变靶物理研究用激光强率I随空间的变化来反映激光能量的沉积。目前激光靶物理研究使用的激光能量沉积方程在临界面处发散,讨论了造成这一非物理结果的原因,给出了合理的激光强度方程,并讨论了新旧两种激光强度方程对激光吸收的影响。     

激光聚变研究进展

本文综合评述近年来发展很快的激光惯性约束聚变研究取得的新进展,包括驱动器、激光聚变物理及实现激光聚变的不同途径。重点分析不同驱动内爆方式的特点、取得的成就和遇到的困难。最后是今后的展望。     

激光聚变驱动器的光束相干性及其控制:回顾与展望

高功率强激光与物质相互作用蕴藏着丰富的非线性效应,激光聚变驱动器的光束具有高度相干性,它在光束传输过程中极大地凸显了这种效应,并不可避免地制约着激光功率的提升和激光能量的有效利用。回顾激光聚变驱动器的发展史,在提升激光输出能力的主线外,还存在一条与光束相干性做斗争的暗线贯穿其中。以激光与物质相互作用为牵引,从高功率强激光传输中非线性效应抑制和激光等离子体相互作用的抑制两方面回顾了激光聚变驱动器光束相干性的控制现状,并针对潜在需求,展望了未来高功率激光发展的创新技术。     

飞秒激光氘团簇聚变

简要介绍了原子团簇的产生方法和特点以及激光惯性约束核聚变的基本原理,氚团簇在飞秒激光的作用下,大量吸收激光能量,产生了高离化态高能离子,从而实现了氚团簇桌面台式聚变。     

超强激光的等离子体烧孔效应

针对激光聚变快速点火方案中的等离子体烧孔效应，用活塞模型研究了超强激光压缩等离子体并直接驱动激波的过程，给出了描述该过程的各物理参量的理论定标律。     

SILEX-I装置上激光-团簇聚变实验中子产额测量

 超短超强脉冲激光与CD4团簇相互作用可以产生高能量的氘离子,从而产生DD聚变中子,这种团簇聚变中子源有着非常广阔的应用前景。在SILEX-I 100 TW飞秒激光装置上,超短超强脉冲激光与CD₄团簇相互作用实现了DD核聚变。团簇聚变的中子产额是实验中最为重要的物理量,在实验中采用高灵敏的中子探测器对团簇聚变产生的中子进行了测量,在现有实验条件下测得中子产额为10³。     

神光-Ⅲ主机装置成功实现60TW/180kJ三倍频激光输出北大核心CSCD

2015年9月15日,由中国工程物理研究院激光聚变研究中心承担研制的神光-Ⅲ主机装置成功完成了48束激光三倍频180kJ/3ns、峰值功率60TW的输出测试实验,标志着神光-Ⅲ主机装置已全面建成并达到设计指标,成为现有输出能力世界排名第二、亚洲排名第一的惯性约束聚变激光驱动器。     

Skin-Depth Theory Explaining Anomalous Picosecond-Terawatt Laser Plasma Interaction II

The anomaly of ion emission at laser irradiation of targets measured by Badziak et al. was analyzed on the background of the extensive research in the past. In contrast to the irradiation with lasers of longer than 100 ps pulse duration, a drastic decrease of the maximum ion energies was measured with ps pulses. Very strange was the observation that the number of emitted fast ions was intensity independent. The usual ponderomotive or relativistic self-focusing theory and related processes could not explain the results. Instead a direct interaction within the skin depth of the irradiated target was concluded. This model confirms the plane geometry nonlinear force interaction in the ps range producing fast plasma blocks moving perpendicular off or into the target. The block moving into the target opens a new scheme of laser fusion by modifying the experiments of Norreys et al. The use of relatively low subrelativistic laser intensities for the new scheme of laser fusion is evaluated on the background of the long years studies of nonlinear force driven plasma blocks and earlier interpenetration fusion reactions for providing the parameters for expected fusion gains much higher than the experiment of Norreys et al. for a fusion power scheme.     

激光聚变气体靶核反应速率双峰现象

利用一维数值模拟分析解释了神光Ⅲ原型高中子产额内爆实验中核反应速率的双峰现象。双峰现象的出现是内爆中核反应区能量竞争的结果。在核反应期间反应区离子的增能机制主要是压缩做功,能量耗散机制主要是离子-电子的库仑碰撞。冲击波在DT燃料中的来回反射,使得核反应区的压缩做功出现强弱交替。压缩做功与库仑碰撞能耗的竞争导致反应区离子内能出现上下波动,使得核反应速率出现双峰现象。实验测量的核反应速率峰值时间与数值模拟结果相一致。     

主被动光学图像融合技术研究

本文应用扫描式激光成像雷达获取试验数据并实现对激光数据的三维成像处理,给出了基于目标特征的激光雷达图像与被动光学图像的数据融合方法,实现了激光图像和光学图像间的三维融合。试验结果表明,本文所提出的基于目标特征的两种不同质图像间的融合方法是可行的,融合后的图像具有丰富的光谱信息和三维立体信息。     

激光数据链路与IRST信息融合方法研究

针对协同空战中激光数据链路系统传输的友机雷达探测信息与本机红外搜索跟踪系统（IRST）探测信息的不同特性,提出一种基于最优数据压缩的异步信息融合方法来提高探测系统性能。分析了包括时间配准、空间对准、数据融合、目标跟踪的信息融合过程,并通过仿真,对融合前、后所得的观测曲线与目标真实轨迹的比较及其误差曲线进行对比分析,融合后的方位角和俯仰角的误差已经维持在2mrad以内,结果表明该方法可以有效提高数据的精度。     

Effect of laser spot size on fusion neutron yield in laser--deuterium cluster interactions

The effect of the laser spot size on the neutron yield of table-top nuclear fusion from explosions of a femtosecond intense laser pulse heated deuterium clusters is investigated by using a simplified model, in which the cluster size distribution and the energy attenuation of the laser as it propagates through the cluster jet are taken into account. It has been found that there exists a proper laser spot size for the maximum fusion neutron yield for a given laser pulse and a specific deuterium gas cluster jet. The proper spot size, which is dependent on the laser parameters and the cluster jet parameters, has been calculated and compared with the available experimental data. A reasonable agreement between the calculated results and the published experimental results is found.     

μ-子催化核聚变中强脉冲激光对介原子μ3He的电离

数值求解了一维含时的Schr?dinger方程，研究了μ子催化核聚变反应中激光强度和波长对介原子μ³He电离的影响.发现当激光强度为10¹⁹—10²³W/cm²量级时，介原子μ³He有2.7%左右的电离率；当激光强度达到6.0×10²⁴W/cm²时，对介原子μ³He 有显著的电离，并且电离率随着激光的强度、波长而递增，进而会有效提高μ子的催化效率. 关键词： μ子 核聚变 激光 电离     

Super high-power laser systems and their application

Super high-power laser systems have been studied. GEKKO XII glass laser, LEKKO VIII CO₂ laser, diode-pumped solid-state laser and PW cpa Nd glass laser have been developed at Osaka University. They have proved to be very effective for laser fusion research. Various applications in the wide fields are presented.     

用于激光聚变驱动器的全光纤、全固化光脉冲产生系统

报道一种全固化、全光纤的用于高功率激光驱动的惯性约束聚变驱动器的光脉冲产生系统,采用单纵模振荡器输出连续激光信号,经过相位调制器和振幅调制器,得到一个时间波形上已整形且具有一定带宽(约0.1 nm)的激光脉冲,经光纤放大器放大并经光纤分束器分束后同时输出四路激光脉冲,各路激光脉冲先通过时间同步调整单元精确控制时间同步关系后,经可编程光纤衰减器调节各路之间的功率平衡后再通过光纤放大器做进一步放大并通过150 m光纤传输输出至预放系统.该光纤系统可输出0.3—20 ns、带宽0.1 nm、能量数纳焦的几乎任意 关键词： 激光聚变驱动器 前端 光纤激光系统     

氦氖激光在红霉素链霉菌和龟裂链霉菌灭活原生质体融合中的应用Ⅰ──激光对灭活原生质体融合频率的影响

研究了He-Ne激光对红霉素链霉菌(streptomyc eserythreus简称SE)和龟裂链霉菌(Streptomyces rimosus简称SR)灭活原生质体和种间融合频率的影响.正交实验结果表明:在温度40℃,融合时间5min,聚乙二醇(PEG)浓度为40%的条件下,灭活原生质体融合频率为1.03×10^-5,在He-Ne激光与PEG双重促融作用下,双亲灭活原生质体的种间融合频率可达7.86×10^-5.证实了He-Ne激光对原生质体融合有明显的促进作用.