快点火与超强激光等离子体相互作用问题

“快点火”是近年来提出的激光聚变点火的一种新方式。它的特点是靶丸的压缩和点火分开进行：第一步由通常的多束激光对称辐照靶丸获得高密度;而后由单束超强激光（Iλ≈10^18-20Wum^2/cm^2)加热芯部实现点火。第传统的“热斑点火）比较,快点火在压缩方面具有很多优越性：大量节省驱动能量,降低了对驱动均匀性的要求,并且可以达到更高的能量增益。但是超强激光点火却涉及一些非常复杂的问题：在预压缩形成的等郭体中打洞（hole boring);在高密度燃料的边沿产生足够数量的高能量电子（MeV）,这些电子的传输加热等。文章简短地讨论了这些问题,并研究了几十kJ激光能量实现点火的可能性。     

神光Ⅱ升级装置锥壳靶间接驱动快点火集成实验

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。     

神光-ⅡU装置的SBS背向散射角分辨诊断系统

针对双锥对撞点火方案实验中的受激布里渊散射过程,发展了一套门控角分辨全口径背向散射诊断系统。设计了光纤阵列,对神光-ⅡU装置打靶伺服反射镜上的散射信号进行收集,利用其时间特性,通过相对测量的方式,获得了角分辨的背向受激布里渊散射能量份额,发现其角分布敏感依赖于激光在球壳表面的辐照模式,为深入研究双锥对撞点火方案中的受激布里渊散射过程提供了可靠的实验结果。     

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。     

碰撞效应对超强激光与高密度碳薄膜靶相互作用中快电子输运的影响

在激光驱动粒子加速和快点火背景下,用带碰撞模块的1维粒子模拟程序,研究了高功率亚ps激光与高密度（近固体密度）碳薄膜靶相互作用中的碰撞效应。研究表明,通过和无碰撞粒子模拟结果的比对,在早期瞬态时段,碰撞效应通过慢化提供电阻加热的回流对快电子产生和输运起重要作用。定性上,碰撞效应还减少快电子的产额和最大能,抑制能量输运。然而,在加热后期当往返运动成为主要输运机制时,有碰撞和无碰撞两种情况的差别减小。     

碰撞效应对超强激光与高密度碳薄膜靶相互作用中快电子输运的影响

 在激光驱动粒子加速和快点火背景下,用带碰撞模块的1维粒子模拟程序,研究了高功率亚ps激光与高密度（近固体密度）碳薄膜靶相互作用中的碰撞效应。研究表明,通过和无碰撞粒子模拟结果的比对,在早期瞬态时段,碰撞效应通过慢化提供电阻加热的回流对快电子产生和输运起重要作用。定性上,碰撞效应还减少快电子的产额和最大能,抑制能量输运。然而,在加热后期当往返运动成为主要输运机制时,有碰撞和无碰撞两种情况的差别减小。     

激光核聚变与高功率激光：历史与进展

回顾激光聚变近50年来的发展历程,评述聚变物理与高功率激光驱动器的研究进展,展望聚变能源未来前景.     

双锥对撞点火机制2020年冬季实验中的瑞利-泰勒不稳定性分析

直接驱动激光聚变通过整形后的纳秒脉冲激光辐照氘氚(DT)球壳靶,经球对称压缩加速后,在中心转滞获得高温等离子体热斑,实现聚变点火.在球壳靶受到压缩和加速过程中等离子体界面的流体力学不稳定性,特别是瑞利-泰勒不稳定性的增长有可能会对压缩壳层造成破坏,导致点火的失败.本文通过理论解析和数值模拟,对基于Zhang等提出的双锥对撞点火方案(2020 Philos.Trans.A Math.Phys.Eng.Sci.378 20200015)在2020年冬季实验条件下的流体力学不稳定性增长进行了分析.结果显示理论模型与一维数值模拟中对整体压缩和加速过程的描述基本一致,在当前的近等熵波形下金锥中的壳层靶实现了低熵压缩,同时瑞利-泰勒不稳定性增长导致的最危险时刻扰动振幅和壳层厚度比可以达到约0.25,壳层依然处于安全状态,但当初始壳层表面扰动均方根振幅大于22 nm时,则可能出现壳层的破裂.因此,未来实验中的靶设计与驱动激光脉冲波形设计中可以通过增加靶壳层厚度、提高预脉冲强度、减小靶表面的粗糙度和提高激光辐照的匀滑度等方式来抑制不稳定性增长.     

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。     

激光核聚变与高功率激光:历史与进展

回顾激光聚变近50年来的发展历程,评述聚变物理与高功率激光驱动器的研究进展,展望聚变能源未来前景.     

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。     

间接驱动快点火锥壳靶锥体材料燃料混合问题研究

与中心点火相比,快点火将压缩和点火过程分开,大大放宽了对压缩对称性和驱动能量的要求。通过在神光Ⅱ激光装置上开展了快点火锥壳靶预压缩实验研究,利用X射线背光分幅照相方法观察到了清晰完整的快点火锥壳靶内爆压缩过程,并利用阿贝反演结合剩余烧蚀质量的方法得到了不同时刻燃料密度、面密度分布数据,当前实验条件下获得的最大压缩密度和面密度分别为30g/cm3和50mg/cm2;为解决金柱腔M带对导引锥的预热以及由此导致的燃料-锥体材料混合问题,提出了一种在锥体表面镀低Z材料的方法,实验和辐射流体数值模拟结果验证了该方法的有效性,该方法的成功解决了间接驱动快点火激光聚变的重要关键技术问题。     

激光等离子体相互作用中的电磁不稳定性和能量运输

利用相对论电磁粒子模拟程序研究了超强激光与等离子体相互作用中产生的电磁不稳定性的发展演化过程.讨论了电磁不稳定性的发生和非线性饱和过程.给出了不稳定性的线性增长率和各向异性参量之间的函数关系,用Spitzer-Harm理论分析了电子热传导中能量的运输情况,观察到由激光的非等方加热引起的电子纵向加热现象.结果表明,不稳定...     

间接驱动快点火锥壳靶锥体材料燃料混合问题研究

与中心点火相比,快点火将压缩和点火过程分开,大大放宽了对压缩对称性和驱动能量的要求。通过在神光Ⅱ激光装置上开展了快点火锥壳靶预压缩实验研究,利用X射线背光分幅照相方法观察到了清晰完整的快点火锥壳靶内爆压缩过程,并利用阿贝反演结合剩余烧蚀质量的方法得到了不同时刻燃料密度、面密度分布数据,当前实验条件下获得的最大压缩密度和面密度分别为30 g/cm3和50 mg/cm2;为解决金柱腔M带对导引锥的预热以及由此导致的燃料-锥体材料混合问题,提出了一种在锥体表面镀低Z材料的方法,实验和辐射流体数值模拟结果验证了该方法的有效性,该方法的成功解决了间接驱动快点火激光聚变的重要关键技术问题。     

大对撞中的大写人生

<正>2019年6月11日下午,中国科学院、中国作协、中国科协召开"创新报国70年"报告文学项目审读定稿会。我和作家叶梅相邻而坐,会间我们谈论她悉心采写的报告文学《大对撞》,也谈到她采访过的专家,"方守贤院士在三个月前从上海参加质子治疗加速器的研讨会返京后突发肺炎,正在北医三院的重症病房住院"。听闻此讯,叶梅不禁"啊"了一声,     

激光核聚变快点火新方案研究获重要进展

据上海光机所消息，中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室（原强光光学重点实验室）近年来在激光核聚变快点火新方案相关的基础物理研究方面取得系列重要进展。激光核聚变研究对解决未来能源问题具有重大意义，激光核聚变快点火新方案作为一种极其重要的聚变点火方案，在国际上受到广泛重视。     

激光脉冲波形优化与材料压缩特性

 结合快点火靶丸预压缩涉及的基本物理问题,分析了驱动激光脉冲波形对材料压缩过程的影响,并利用辐射流体力学程序MULTI模拟了不同激光波形下的材料压缩情况。结果表明:通过调节激光脉冲波形,优化激光初始强度、激光强度开始上升时间和上升速度,控制压缩过程中的熵增,可以获得更高的材料压缩度。     

激光脉冲波形优化与材料压缩特性

结合快点火靶丸预压缩涉及的基本物理问题,分析了驱动激光脉冲波形对材料压缩过程的影响,并利用辐射流体力学程序MULTI模拟了不同激光波形下的材料压缩情况。结果表明:通过调节激光脉冲波形,优化激光初始强度、激光强度开始上升时间和上升速度,控制压缩过程中的熵增,可以获得更高的材料压缩度。     

用于快点火研究的超短脉冲的相干合成

 利用傅里叶光学方法，建立了一个基于远场的多束超短脉冲相干合成的理论模型。研究了一个口径为50 cm，脉宽为1 ps的超短脉冲相干合成系统的各种误差对脉冲远场时域和空域特性的影响。结果表明：若要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90％，该系统的相位延迟误差小于0.63，沿x方向角度误差小于0.37 μrad，沿y方向角度误差小于0.34 μrad；若要求远场叠加脉冲的时域展宽小于25％，系统的剩余啁啾因子应小于1.32(不考虑相位延迟)或1.52(考虑0.63的相位延迟)。     

高温瞬态超音速喷流OH分子示踪速度测量

 介绍了研制的小型脉冲高温超音速流场模拟装置。利用OH分子示踪速度测量技术,对实验室建立的小型脉冲高温超音速流场模拟装置产生的喷流速度分布进行了诊断。通过改变测量对应于喷流的空间位置光路调节,改变193 nm激光线相对于喷流的空间位置,分别得到了喷流不同区域的OH分子示踪速度图像,根据图像计算了测量位置喷流沿轴线方向的速度分量的分布情况。结果显示：喷流在压缩区的速度比在膨胀区低得多;在压缩初期区域喷流中心部分速度明显高于两侧部分,而在二次膨胀区域喷流中心部分速度低于两侧部分。