激光惯性约束聚变综合诊断系统

 概述了为在强激光装置“神光 II”、“星光 II”上开展惯性约束聚变实验而建立的综合诊断系统的构成与指标。重点介绍了近期在X光、光学波段、聚变产物、诊断精密化等方面的进步，以及该诊断系统在黑腔靶物理、内爆动力学、不透明度研究中的应用。     

惯性约束聚变等离子体的光谱诊断

利用经过评估的原子过程参数,针对惯性约束聚变等离子体计算了等离子体中的特征发射光谱.研究发现离子特征谱线的共振线强度比值、伴线与共振线强度比值对等离子体温度变化很敏感,而特征谱线的线形函数对等离子体密度变化较敏感.基于这些规律,我们分析了中国工程物理研究院最近几年惯性约束聚变的内爆实验测量结果,初步得到了一些发次对应的等离子体温度和密度状态.     

惯性约束聚变等离子体的光谱诊断

利用经过评估的原子过程参数，针对惯性约束聚变等离子体计算了等离子体中的特征发射光谱，研究发现离子特征谱线的共振线强度比值、伴线与共振线强度比值对等离子体温度变化很敏感，而特征谱线的线形函数对等离子体密度变化较敏感．基于这些规律，我们分析了中国工程物理研究院最近几年惯性约束聚变的内爆实验测量结果，初步得到了一些发次对应的等离子体温度和密度状态．     

大国重器——激光惯性约束聚变

 激光惯性约束聚变被认为是人类工程物理科技领域的顶峰，这不仅是因为其实现技术难度极高，更因为其研究具有重大的科学意义。通过可控核聚变解决能源问题固然是激光聚变的研究目的之一，但其应用领域却显然不仅限于此。本文简要介绍了激光惯性约束聚变的基本概念和基本物理过程，并回顾了自激光诞生以来惯性约束聚变的发展历程。     

激光惯性约束聚变靶技术研究

本文简要叙述了近年来中物院物理与化学研究所开展激光惯性约束聚变靶技术研究的进展情况，围绕热核聚变靶丸的研制，介绍了空心玻璃微球、塑料微球的制备结果和充氘氚燃料气体的技术。     

大国重器——激光惯性约束聚变

激光惯性约束聚变被认为是人类工程物理科技领域的顶峰,这不仅是因为其实现技术难度极高,更因为其研究具有重大的科学意义。通过可控核聚变解决能源问题固然是激光聚变的研究目的之一,但其应用领域却显然不仅限于此。本文简要介绍了激光惯性约束聚变的基本概念和基本物理过程,并回顾了自激光诞生以来惯性约束聚变的发展历程。     

惯性约束聚变靶三维成像研究

利用计算机层析技术，采用乘代数重建法，编制出三维图像重建程序ＣＴ３Ｄ，通过五个方位对“星光Ⅱ”装置的惯性约束聚变靶进行Ｘ光成像，重建出靶等离子体的三维图像，获得了较好的结果，表明该技术在惯性约束聚变实验中应用的可能性。     

惯性约束聚变靶三维成象数值研究

利用ＣＴ技术，采用乘代数重建法（ＭＡＲＴ），编制出三维图象重建程序（ＣＴ３Ｄ，通过五个方位对“星光Ⅱ”装置的ＩＣＦ靶进行Ｘ光针孔成象，对三维重问题进行数值研究，以便重建出靶等离了体的三维图象。     

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.     

惯性约束聚变实验中的层析成像技术研究

文章对惯性约束聚变(ICF)中的多方位成像的层析技术(CT)和编码成像技术在激光等离子体实验中的应用进行了研究．作者完成了以下工作：建立了多方位层析成像系统，自行编制三维图像重建的软件；采用三个方位的针孔相机对爆推爆靶内爆压缩过程进行成像，同时成功地获得了三个针孔图像，得到的直径压缩比约为3．且压缩的对称性很好；采用编码成像技术，在“神光Ⅱ”上成功地验证了菲涅耳波带片的可行性应用，并建立了激光热核聚变产生的α粒子和腔靶超热电子的菲涅耳波带片成像系统，获得了热核反应区的α粒子图像，并首次得到了厚壁腔靶的超热X射线图像．     

激光惯性约束聚变靶制备技术研究进展

在实验室实现聚变反应释放的能量大于点燃聚变反应所需能量的阈值是当今世界ICF研究的主要目标,实现这一目标仍需要深入研究一系列的关键物理问题。在ICF研究中,制靶能力的发展与提升至关重要,靶的质量是实验成功的核心要素之一。本文介绍了国际ICF靶制备工作近年来在新型烧蚀层材料靶丸、新型靶丸支撑技术、优化黑腔材料与构型以及减小燃料填充管直径等方面取得的一系列进展,并结合ICF物理需求,简要阐述了ICF靶的发展趋势。     

层析技术在惯性约束聚变实验中的应用

综述了适用于惯性约束聚变（ＩＣＦ）实验的层析技术，并已用于“星光Ⅱ”装置激光等离子体的实验Ｘ光测量结果分析，重建出Ｘ光的三维分布，获得了有意义的结果，从而表明了该技术在ＩＣＦ实验中应用的可能性． A CT technique applied to ICF experiments has been studied and it has been used to analize the measured X ray in laser plasma experiments at “XingguangⅡ” device. The three dimensional distribution of the X rays in targets is reconstructed and useful results are obtained. This shows that the CT technique can be applied to ICF experiments.     

惯性约束聚变中内爆混合的模型构建

从热斑质量方程和能量守恒方程入手,重新计算考虑混合后聚变燃料的比内能和比热容等热力学参数,分析混合效应在轫致辐射损失等能量输运方面的作用,构建有杂质混合情况的热斑燃烧动力学模型.根据静态模型中的热斑燃烧的功率平衡条件,研究烧蚀层杂质混合比例与点火阈值和热斑自持燃烧的关系.理论分析和数值计算表明,混合效应导致热斑中的轫致辐射增强是点火失败的重要因素之一.通过调整不同掺杂材料、混合浓度及混合方式,得到壳层混合与热斑面密度、热斑离子温度的演化之间的关系.最后,基于模拟结果给出两种降低混合影响的方法.     

惯性约束聚变应用中全套原子参数研制

基于Cowan的准相对论程序包，中扩充和发展了一系列组态平均、单组态和多组态不同层次的程序包，计算惯性约束聚变数值模拟及光谱诊断中需要的各种原子参数。本以类氢、类氦和类锂的氩原子离子为例，计算了主量子数n≤6所有组态平均层次相关的电子碰撞激发和电离，光激发和电离，自电离，辐射复合、双电子复合、三体复合过程截面和速率系数等全套原子参数。截面和速率系数被拟合成可以方便使用的解析公式。     

高增益间接驱动惯性约束聚变物理过程

本文从理论上讨论辐射驱动高增益激光聚变的物理过程,着重研究靶丸内爆动力学。为此,我们设想了一种靶型,估计了有关的主要特征量,包括各种效率,靶丸环境温度、燃料的压缩和热斑点火等。此外,文章强调必须控制三种有害因素,即非对称内爆,混合和流体力学不稳定性。     

惯性约束聚变应用中全套原子参数研制

基于Cowan的准相对论程序包,文中扩充和发展了一系列组态平均、单组态和多组态不同层次的程序包,计算惯性约束聚变数值模拟及光谱诊断中需要的各种原子参数.本文以类氢、类氦和类锂的氩原子离子为例,计算了主量子数n≤6所有组态平均层次相关的电子碰撞激发和电离,光激发和电离,自电离,辐射复合、双电子复合、三体复合过程截面和速率系数等全套原子参数.截面和速率系数被拟合成可以方便使用的解析公式.     

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

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。     

惯性约束聚变实验中编码成像的反投影解码

描述了惯性约束聚变实验中编码成像原理及解码方法。以环孔显微镜为例,对ICF实验中编码成像的解码进行数字研究。采用反投影算法进行数值解码,并编制数值解码程序,对两个实例进行模拟计算。模拟结果表明该算法的图像解码复原精度高 ,效果好。     

惯性约束聚变实验中编码成像的反投影解码

 描述了惯性约束聚变实验中编码成像原理及解码方法。以环孔显微镜为例,对ICF实验中编码成像的解码进行数字研究。采用反投影算法进行数值解码,并编制数值解码程序,对两个实例进行模拟计算。模拟结果表明该算法的图像解码复原精度高 ,效果好。     

利用超高能中子诊断惯性约束聚变的燃烧

惯性约束聚变靶丸中,高能中子相互之间发生碰撞将导致超高能中子的产生.本文讨论超高能中子产生与聚变燃烧速率的关系.数值模拟理想模型,分析超高能中子产生量与平均烧氚体积的关系,讨论利用出壳超高能中子流与烧氚量诊断二维效应和混合效应.进一步分析出壳超高能中子流与平均烧氚率的关系,探讨利用超高能中子诊断平均烧氚温度并判断是否发生非平衡效应问题.