激光聚变主放大器能源系统述评

评述了激光聚变主放大器能源系统的演变过程。在简要评述传统能源系统的基础上,重点指出目前正朝向建立大型的能源组件实现模块化的方向发展,以减少系统元件数目,降低造价。结合NIF和神光Ⅲ原型能源模块的设计思路,述评了减少元件数目、降低造价、建造大型储能模块,以及采用大容量转换开关所带来的技术挑战和解决办法。同时指出开展能源单元技术(包括性能、风险、价格)研究是十分必要的。     

激光聚变主放大器能源系统述评

 评述了激光聚变主放大器能源系统的演变过程。在简要评述传统能源系统的基础上，重点指出目前正朝向建立大型的能源组件实现模块化的方向发展，以减少系统元件数目，降低造价。结合NIF和神光Ⅲ原型能源模块的设计思路，述评了减少元件数目、降低造价、建造大型储能模块，以及采用大容量转换开关所带来的技术挑战和解决办法。同时指出开展能源单元技术(包括性能、风险、价格)研究是十分必要的。     

浅谈激光聚变

美国国家点火装置的物理实验结果,跨越了热核聚变点火这一标志性的门槛,再次引起了学术界和大众对可控热核聚变研究的兴趣。文章介绍了热核聚变的基本概念、激光聚变的主要内涵和激光聚变点火研究的进展。     

高功率激光放大器中的能量传输

片状放大器系统是高功率激光装置最主要的能量和功率来源，它主要解决驱动器的纵向能量传输和转换问题。放大器中能量转换主要通过储能组件、脉冲氙灯、泵浦腔和增益介质等单元部件实现。为了达到最佳的性能和最高的效率，必须使放大器每一个单元部件设计尽量最优，并保持较高的可靠性。影响储能的主要因素见图1。放大器的设计和优化，关联到众多元器件的协同配合，在各单元的设计中必须考虑到对系统的影响和指标分配。放大器的设计需要是在总体设计的框架下，以提高系统的储能效率、增益能力、降低热效应为目标，结合元器件的可靠性水平，进行系统设计。同样，合理均衡的能量转换和传输过程，也是决定放大器稳定可靠、高效运行的前提和保障。     

放电泵浦KrF激光放大器的高电压脉冲发生器

描述了一台用于泵浦KrF激光放大器的可重复频率运行的高电压脉冲发生器。该脉冲发生器由恒流充电机、储能电容器、传能开关、低阻抗布鲁姆林脉冲形成线、多通道轨条型输出开关组成。介绍了布鲁姆林线和轨条开关的结构,对充电回路和放电回路特性进行了分析,完成了各部分的调试并给出了实验结果。在储能电容器直流充电电压30kV,布鲁姆林线输出电压脉冲在激光器负载上峰值可达到60kV,脉宽80ns,脉冲上升时间30ns。     

美国激光惯性约束聚变能源研究综述

简要地介绍了美国激光惯性约束聚变能源( LIFE ) 的研究现状与发展前景。基于美国国家点火装置( NIF ) 的近期进展,美国利弗莫尔实验室提出了激光惯性约束聚变能源设想,并开始了分解研究。设想用新型二极管泵浦固体激光器产生1.4~2.0 MJ 的激光能量,靶丸聚变增益25~30,打靶频率10~15Hz,实现350~500 MW聚变功率,相当于聚变中子源强1.3×1020 ~1.8×1020 n/s。以此驱动次临界裂变包层,使能量再倍增4~10 倍,实现1 GW电功率的输出。采用创新设计的燃料元件,包层可达到90%以上的燃耗深度,形成一个安全、无碳、燃料资源丰富、核废料少、可持续发展的新型核能源系统。In this paper the present study situation and prospect of the American laser-based Inertial Confinement Fusion Energy ( LIFE ) are briefly introduced. It is based on recent progress of National Inertial Facility ( NIF ) and related research have begun. On the assumption of using laser energy of 1.4 to 2.0 MJ, the target fusion gain G=25~30, the repetition rate 10 to 15 Hz, the fusion power of 350 to 500 MW or neutron source power of 1.3×1020 to 1.8×1020 n/s could be achieved. For a sub-critical fission blanket driven by this fusion neutrons power, energy multiplication M of 4~10 and several GW of thermal power could be obtained. By novel design on fuel pins, burnup more than 90% would be achieved for heavy metals in the blanket. Inertial Confinement Fusion-fission energy is a promising concept, which characterized by inherent safety, richness in nuclear fuel resources, minimization of nuclear waste, non-CO2 emitting ,and it is a sustainable energy source.     

高功率激光放大器动力学的理论研究

详细分析了弛豫作用在高功率激光器中对反转粒子数的影响,在经典速率方程理论的基础上,推导了包含弛豫作用的一般性速率方程,讨论了弛豫效应与放大器总体性能之间的关系,并给出具体放大器的计算实例,对于优化放大器的设计具有实际意义。     

高功率激光聚变物理实验技术进展

激光核聚变实验技术的进步对研究领域的迅速发展起着十分重要的推动作用．本文从惯性约束聚变最基本的概念出发简单评述这一领域实验物理诊断研究工作的特点和主要进展．也穿插介绍了我们近年来在等离子体实验技术发展方面所做的一点工作．     

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.     

激光聚变中的科学计算

科学计算在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.     

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。     

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。     

高功率钛宝石激光放大器理论研究

从麦克斯韦方程出发，建立了宽带高功率激光放大系统的理论模型，同时用数值方法对宽带和窄带高功率激光放大器进行了计算，讨论了增益变窄效应在放大系统中对放大脉冲的影响，从理论上提出并验证了消除由放大介质发射截面不对称对脉冲造成的畸变的方法。论文对正确设计高功率激光驱动器也具有一定指导价值。     

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。     

高功率脉冲染料激光放大器物理设计

从理论研究出发,用激光增益理论得到了在平衡状态下忽略染料分子激发态吸收时,高功率脉冲梁料激光放大器物理设计的简单方法,同时以铜蒸气激光器双侧抽运的平均输出功率52.5W的脉冲染料激光放大器为例,对其物理尺寸进行了模拟设计。     

核能与聚变裂变混合能源堆

未来20年将是核能发展的一个关键时期.2035年左右,快堆有望投入商用;磁约束聚变、激光聚变、Z箍缩聚变也都有演示堆计划.聚变演示堆存在纯聚变与聚变裂变混合能源堆两种可能,而后者可降低聚变功率,缓解高能中子对材料的辐照损伤.另外,氘氚聚变供能时间有限.文章介绍了混合能源堆的概念.能源堆可充分利用铀资源,且后处理不涉及铀钚分离,有很好的防扩散性能.裂变堆、聚变堆、能源堆共同发展,可望使核能在不太长的时间内获得大规模应用,并可为人类提供千年以上的能源供应.     

核能与聚变裂变混合能源堆

未来20年将是核能发展的一个关键时期.2035年左右,快堆有望投入商用;磁约束聚变、激光聚变、 Z箍缩聚变也都有演示堆计划.聚变演示堆存在纯聚变与聚变裂变混合能源堆两种可能,而后者可降低聚变功率,缓解高能中子对材料的辐照损伤.另外,氘氚聚变供能时间有限.文章介绍了混合能源堆的概念.能源堆可充分利用铀资源,且后处理不涉及铀钚分离,有很好的防扩散性能.裂变堆、聚变堆、能源堆共同发展,可望使核能在不太长的时间内获得大规模应用,并可为人类提供千年以上的能源供应.     

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。