ICF激光驱动器间接驱动兼顾直接驱动打靶角度的优化设计

为了增加ICF激光驱动器的灵活性,使其可满足多种聚变点火方式,激光驱动器激光打靶角度的优化设计应以间接驱动为主,同时兼顾直接驱动。以神光Ⅲ主机装置为例,基于已有的间接驱动激光打靶角度设计,用球谐模和三维辐照场方法,完成了兼顾直接驱动打靶角度的优化,结果表明优化设计的打靶角度可实现小于1%的球靶表面辐照均匀性。同时分析了激光参数对辐照性能的影响,并获得了满足直接驱动要求的陡边小焦斑设计。     

激光直接驱动聚变球靶初始辐照均匀性分析

采用Ｓｋｕｐｓｈｙ－Ｌｅｅ（Ｓ－Ｌ）球谐模分解方法，按一个简化的物理模型，对激光直接驱动聚变中不同束－靶条件下的靶面初始辐照不均匀度的均方根偏差进行了数值计算，由此分析了在光束完全对称排布的多光束辐照系统中，光束截面光强分布，聚焦透镜Ｆ数，离焦参数（靶心室焦距离与靶丸半径之比），光束数这几个主要因素对辐照的均匀性的影响。     

激光直接驱动聚变中光束排布的优化

为提高激光直接驱动聚变中球靶的辐照均匀性, 必须对光束的排布进行优化。 本文通过分析球谐模的几何因子, 提出了光束排布的优化规则。按照这个规则排布光束, 可在光束数有限的情况下获得较高的辐照均匀性。给出了满足此规则的一些典型光束排布实例。     

高功率固体激光驱动器的优化设计

 扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光Ⅲ原型装置的物理设计,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

高功率固体激光驱动器的优化设计

扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念 ,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光 原型装置的物理设计 ,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件 ,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

高功率固体激光驱动器的优化设计

扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光Ⅲ原型装置的物理设计,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

1.06μm 激光直接驱动烧蚀靶内爆压缩特性

介绍了直接驱动内爆压缩特性实验研究的实验靶型和测量方法.在神光Ⅱ激光装置上采用多种高时空分辨和高能谱分辨的组合型诊断设备获取了内爆压缩相关信息,得到了靶丸辐照均匀性、内爆压缩对称性、径向会聚比、内爆速度以及靶丸球壳平均电子温度,获得的 结果可作为优化靶结构与参数及激光辐照条件的依据.给出了实验中获得的典型结果,并对结果进行了简要的分析讨论.关键词：激光烧蚀直接驱动诊断技术     

倍频激光直接驱动透镜列阵均匀照明系统的优化设计与实验考核

在目前“神光”-Ⅱ器件尚不具备其它更为先进的束匀滑手段的前提下，2004年对透镜列阵束匀滑系统作了进一步的优化设计，以改善和提高靶面光强均匀性。在进行大量计算和比对的基础上，设计了如表1所列的3套新的列阵透镜参数。3套均匀化系统的焦斑尺寸大小基本一样，这是因为实验对此有一定的要求，但对冲击波平面性有很大影响的衍射调制周期有较大的差别，这可能成为决定冲击波平面性好坏的关键所在。     

甚多束激光直接驱动靶面辐照均匀性研究

针对甚多束激光辐照下的直接驱动靶面光强均匀分布开展了系统研究. 利用球谐模分析选定了可实现均匀辐照的靶面弹着点极角分布, 并通过数值模拟确定了以等效48束激光直接驱动辐照下靶面三环弹着点极角位置分别为22.4°, 47.7°和73.6°. 基于特定装置构型分析了实现极向直接驱动时对各路激光指向的修正, 并对光束截面焦斑进行了优化, 实现了极向直接驱动下的靶面均匀辐照.     

激光直接驱动状态方程实验铝铜阻抗匹配靶的制作和测量

阻抗匹配法是激光状态方程实验重要的测量方法，阻抗匹配靶的质量与靶参数的测量精度直接影响状态方程实验数据的可靠性与精度。因此，2004年致力于高质量铝铜阻抗匹配靶的制作，并努力提高靶参数的测量精度。     

1.06μm连续与脉冲激光对GaAs材料的联合破坏效应

通过1.06μm连续激光和脉冲激光联合破坏GaAs材料的实验研究, 给出了GaAs材料在三种不同的连续激光功率密度辐照下, 所需脉冲激光的破坏阈值, 结果表明, 联合破坏时所需脉冲激光的破坏阈值小于单独使用脉冲激光的破坏阈值。根据轴对称二维热模型, 计算了三种情况下连续激光辐照时GaAs材料的表面温度分布曲线及表面辐照中心处温升随辐照时间的关系, 并估算了其后作用的脉冲激光对材料的温升, 对实验及计算结果进行了分析, 并着重比较了联合破坏方式和单独破坏方式的优缺点。     

热变形谐振腔的激光模式理论分析

 应用微扰理论,对微热变形腔的激光模式进行了理论计算与分析;给出了激光模式之间的耦合以及等效光束发散角与镜面变形量之间的关系。结果表明：镜面中心处热变形量越大,模式之间的耦合越强,激光腔模式发生畸变就越严重;当镜面中心处热变形量为0.5λ时,基模TEM₀的中心光强将下降50%,其等效光束发散角将增大到镜面无变形时的2倍。     

基于北京大学4.5 MV静电加速器的核技术应用

北京大学4.5 MV静电加速器是20世纪80年代我国自主研发的静电加速器。该器端电压在0.7~3.8 MV连续可调,主要加速氢/氦同位素离子,并可通过打靶产生准单能直流/脉冲中子场,具有多条束线及多个实验终端。该器作为开放仪器多年来为国内外从事核技术研究的团队提供了实验平台。近年来,针对我国在能源、航天和国防等领域材料研究的重要需求,该器进行了多次升级改造。一方面通过产生7 MeV以下和14~19 MeV的准单能中子场,应用于(n, a)核反应截面的测量和聚变堆中子谱仪刻度;另一方面,通过温控辐照、核反应分析等实验终端,实现了材料辐照损伤及聚变堆材料元素定量分析等研究方向的功能拓展。此外,设计新增用于半导体材料电学性能测试的原位在线辐照终端和用于研究材料微观尺度元素分布的离子束综合分析实验终端。目前部分新终端已设计组装完成,相关搭建和调试工作正在进行中。     

基于光束参量优化实现直接驱动靶丸均匀辐照

在直接驱动惯性约束聚变中,实现靶丸均匀辐照对靶丸压缩特性至关重要,通常要求靶丸表面辐照不均匀度小于1%.现有很多优化高功率激光装置均匀辐照性能的光束排布方案,但受到实际入射光束参量的限制,系统均匀辐照性能难以实现最优化.由于初始辐照不均匀度对靶丸对称压缩特性至关重要,为进一步提高靶丸初始辐照的均匀性,并增加系统对打靶过程中由于靶丸直径变化引起的辐照不均匀的宽容度,从而实现靶丸的中心对称压缩,本文对靶丸表面光束的辐照不均匀度进行了数学分析,并研究了不同入射光束参量下的单光束因子项及其对靶丸均匀辐照的影响.结果表明:对于已知的光束排布结构,存在最优的入射光束参量,使辐照均匀度最高.证明了通过优化入射光束参量提高系统均匀辐照性能的可行性.此外,研究表明单光束因子项与几何因子项存在一定的匹配关系,可通过分析几何因子项的特征,求取与之匹配的单光束因子项,进而获得最优的入射光束参量.本工作为直接驱动靶丸均匀辐照系统的设计和优化提供了一种有效的方法.     

热变形谐振腔的激光模式理论分析

应用微扰理论,对微热变形腔的激光模式进行了理论计算与分析;给出了激光模式之间的耦合以及等效光束发散角与镜面变形量之间的关系。结果表明：镜面中心处热变形量越大,模式之间的耦合越强,激光腔模式发生畸变就越严重;当镜面中心处热变形量为0.5λ时,基模TEM0的中心光强将下降50%,其等效光束发散角将增大到镜面无变形时的2倍。     

HIRFL辐照终端照射野均匀度与离子通量的关系

采用固体核径迹探测器聚碳酸脂膜,测定了兰州重离子研究装置提供的55MeV/u40Ar和80MeV/u20Ne离子束经辐照终端束流均匀化扫描装置后照射野均匀度与离子通量之间的关系.结果表明:对于40Ar和20Ne离子束,离子通量小于1×106和2×107ions/cm2时,横向照射野均匀度缓Ne离子束照射慢增加;当离子通量分别介于1×106—1×107和2×107—1×108ions/cm2时,40Ar和20野均匀度逐渐增加;离子通量达到1×107和1×108ions/cm2时,40Ar和20Ne离子束照射野均匀度分别约为58%和61%.从而说明,辐照终端束流扫描装置对束流的均匀化程度目前并不能满足辐照生物效应、辐射育种和重离子治癌等研究工作的需要,须对其性能做进一步的提高. Using 55 MeV/u 40Ar and 80 MeV/u20Ne ion beams delivered by the Heavy Ion Research Facility at Lanzhou (HIRFL), the relationships between the irradiation homogeneities in irradiation fields generated by the beam scanning device located at the irradiation terminal of the HIRFL and ion fluence were measured respectively with 100 μm polycarbonate films by means of nuclear track detection. The results show that the homogeneity increases when the ion fluence are lower than ........     

连续激光辐照GaAs材料损伤的数值模拟计算

基于热传导理论,构建了高斯分布的连续激光辐照GaAs材料的二维轴对称非稳态物理模型,且利用多物理场直接耦合分析软件COMSOLMultiphysics求解热传导方程得到了材料表面温度分布曲线以及光斑中心处温度沿厚度方向分布曲线,并得出GaAs材料的分解损伤时间与入射光功率密度的关系曲线.研究表明,在连续激光辐照下,GaAs材料可能会发生分解损伤,激光功率越高,材料被破坏所需的时间越短.理论计算结果与相关的实验结论一致,说明所建立的激光辐照效应模型具有科学性.     

介质平面波导TE0模衍射场的光束参量

对于傍轴光束,提出了介质平面波导衍射场的近场模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子M^2等光束参量之间满足简单的关系式,三个光束参量均可直接由波导模式场分布精确计算,或由可实际精确测量的远场衍射频谱分布精确计算。M^2因子的计算公式可表述为以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度的比值,或以二阶矩和微分算子定义的远场发散角半宽度的比值。最后推导出介质平面波导TE0模衍射场光束参量的解析函数和光束参量的范围。