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。     

等离子体与聚变物理的新进展

受控热核聚变是有长远意义的大型综合性的研究课题,其最终目标是获取轻核聚变释放的能量,从而根本解决能源问题.受控热核聚变是在高温等离子体状态下进行的,热核等离子体物理是当前等离子体物理的主要研究领域.现阶段聚变研究的中心任务,是掌握高温等离子体的规律.以寻求实现热核点火的方案.目前主要通过两种不同的途径进行探索:一种是磁约束方法,这是主要途径,其中最重要的是托卡马克型装置;另一种是惯性约束方法,利用激光或高能粒子束实现聚变.等离子体物理的另一个重要研究领域是空间及天体等离子体物理. 一、新型托卡马克与通向点火之路…     

利用渡越辐射研究超热电子输运

自快点火概念提出以来，与快电火概念相关的物理研究已成为激光惯性约束聚变研究的前沿热点问题。对于惯性约束聚快点火方案，超热电子的产生和输运及能量沉积研究是目前最受关注的课题之一。因为超短超强激光产生的超热电子电流很大（有时远远超过Alfven极限），持续时间短，涉及高密度，在输运中伴随着强烈的电场和磁场。再加之Wibel不稳定性的成丝效应，都将严重影响超热电子的输运和能量沉积效率，使得快点火涉及到的超热电子输运和能量沉积的物理过程变得异常复杂。超热电子产生、输运涉及到固体密度等离子，因此高密度区的输运过程实验探测就显得非常重要。     

我国在中红外强场物理领域获重要发现

我国科研人员近日在中红外强场物理前沿研究领域获得重要成果：利用上海光机所强场激光物理国家重点实验室新近建成的可调谐中红外波段的超强超短激光平台,开展了强场原子阈上电离的实验与理论的深入研究,从实验中发现了中红外新波段（例如,2000nm波长）强光场中,原子的阈上电离电子能谱在低能端出现了令人惊异的峰状（甚至双峰）新结构,并进而揭示了长波长条件下长程库仑相互作用起了重要作用．     

激光聚变研究中心聚变靶物理实验和诊断技术研究进展北大核心CSCD

美国在国家点火攻关计划(NIC)的实施尽管未能实现点火目标,但建立了前所未有的点火靶物理精密实验能力,深化了点火靶物理认识,进一步明确了需要进一步解决的关键问题。激光聚变研究中心利用神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置条件,围绕黑腔等离子体能量学和内爆动力学开展实验与诊断技术研究,部分关键诊断技术取得突破,精密的实验能力显著增强,进一步丰富的配套实验结果在深化靶物理认识和校验数值模拟程序方面发挥了重要作用。     

激光聚变快点火机理研究

对超强超短激光等离子体相互作用和快点火机理及其物理可行性进行了理论和数值模拟研究.研制了二维和二维半粒子云模拟程序,数值模拟了超强超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传播.提出快点火穿孔速度和深度以及用于快点火的超强超短激光器的初步指标 关键词： 超强超短激光等离子体相互作用 快点火机理 粒子云模拟     

超热电子的产生与定向发射

在超短超强激光与等离子体相互作用的过程中，等离子体中的一部分电子通过各种机制吸收能量转变成为高能的超热电子．它们不仅是惯性约束核聚变“快点火”过程中的能量载体，对激光脉冲在等离子体中的传输、能量沉积、转化等一系列过程也都发挥着重要的作用．文章对超短超强激光与等离子体相互作用过程中超热电子产生的主要物理机制以及影响超热电子定向发射的因素进行了介绍．     

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。     

我国激光核聚变实验研究概述

本文简要介绍用于激光等离子体诊断的技术设备及激光直接驱动和间接驱动氘氚热核聚变若干方面的物理研究成果。     

有限尺寸光栅压缩器设计

千焦耳高能拍瓦激光装置是实现激光惯性约束聚变“快点火”的基本技术手段。“快点火”前期基础物理实验要求：激光驱动装置输出激光脉冲的能量大于1kJ，脉冲宽度在1～10ps。而实现完全意义上的点火则需要万焦耳级的脉冲能量。激光技术上，啁啾脉冲放大（CPA）技术为实现高能、高峰值功率的激光输出提供了技术手段。然而，压缩器光栅较低的损伤阈值和较小的物理尺寸限制了快点火驱动装置的输出能量。目前，商品化介质膜光栅的损伤阈值仅约为1．2J／cm^2（ 1ps），     

超强超短激光及其应用新进展

超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度综合性极端物理条件,在激光加速、阿秒科学、激光聚变、等离子体物理、核物理与核医学、原子分子物理、实验室天体物理、高能物理等领域具有重大应用价值,是当前国际科技重要前沿与竞争重点领域之一。文章简述了超强超短激光的基本概念,最新研究进展与未来发展趋势,以及我国超强超短激光的研究现状,最后简述了超强超短激光的应用示例。     

超音速高密度喷流对撞过程中的高效能量转移

在双锥对撞点火激光核聚变方案中,两个锥口相距约100μm放置的金锥内氘氚球冠靶在高功率纳秒激光烧蚀驱动下,获得沿金锥的球对称压缩和加速,形成沿着金锥轴向的超音速高密度喷流,出射喷流在两个金锥的几何中心发生对撞减速并形成聚变密度等离子体.在对撞过程中,高速运动喷流的动能转化为内能,实现对等离子体的预加热,与此同时,皮秒拍瓦激光产生的高能快电子从垂直方向入射并加热高密度等离子体,使其快速升温达到聚变温度,实现聚变点火. 2020年在中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光联合实验室神光Ⅱ升级激光装置上,我们利用总能量为10 kJ的八路纳秒激光进行了两轮实验.实验利用包括X射线汤姆逊散射、硬X射线单色背光成像、X射线条纹和分幅成像等多种主动、被动诊断方法对超音速高密度喷流对撞过程进行了高时空分辨研究,实验测量发现,在单锥口形成的超音速等离子体喷流密度为5.5—8 g/cm~3;在对撞过程中形成了阻滞时间约200 ps的高密度等离子体,中心密度达到了(46±24) g/cm3.通过对等离子的温度、速度的分析发现,对撞过程中动能到内能的转换效率高达89.5%.     

氢分子团簇的研究进展及其应用

氢分子是宇宙中结构最简单、数量最多的分子,氢分子团簇是分子团簇结构和动力学的研究原型。同时,作为激光核聚变和托克马克受控热核聚变的原料,氢分子团簇对聚变的效率有很大的影响。本文介绍了氢分子团簇在基础研究、超流体研究、托克马克研究和激光核聚变研究中的研究意义、研究内容和研究现状。     

氢分子团簇的研究进展及其应用简

氢分子是宇宙中结构最简单、数量最多的分子,氢分子团簇是分子团簇结构和动力学的研究原型.同时,氢作为激光核聚变和托克马克受控热核聚变的原料,氢分子团簇对聚变的效率有很大的影响.本文介绍了氢分子团簇在基础研究、超流体研究、托克马克研究和激光核聚变研究中的研究意义、研究内容和研究现状.     

RDX激光点火的一维气相模型

为了研究含能材料RDX在激光作用下的点火特性,在Liau等人的工作基础上,考虑了物理参数随温度和组分浓度的变化,建立了RDX激光点火的气相模型.利用有限差分方法,计算了激光功率密度为400 W/cm2、环境压力为0.1 MPa时RDX的点火过程.结果表明:约90%的RDX以蒸发的形式进入气相,另外的10%在液相中发生分...     

基于现役装置的冲击点火可行性概念研究

以冲击点火物理特性的研究为基础, 分析冲击点火对高功率激光驱动器的物理需求, 然后从总体层面概括给出基于现役装置(神光III等间接驱动中心点火高功率激光装置) 研究冲击点火面临的关键技术问题. 研究表明, 基于现役装置的冲击点火主要面临两个层面的问题, 首先是非均匀光路排布下实现均匀辐照的工程层面问题, 其次是在现役装置上高效实现冲击点火激光脉冲的激光技术层面问题. 通过研究 分别对两个层面的问题提出相应的解决思路, 为后续研究奠定基础.     

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。     

超强激光场中氘氚核聚变截面研究进展

超强激光技术的发展为光与物质相互作用的研究带来了历史性的机遇和拓展的空间。其中, 超强激光场辅助的原子核反应过程, 特别是对氘氚核聚变反应截面的影响越来越受到人们的关注。首先介绍近年来超强激光技术的发展及应用, 然后介绍核聚变反应截面及其影响因素, 重点综述超强激光场中轻核聚变反应截面的研究进展, 特别是强场增大氘氚核聚变截面的最新研究成果, 并展望这一研究方向的前沿发展。     

四十载自主探索路——中国科学院上海光学精密机械研究所激光惯性约束核聚变的探索历程

在40多年激光惯性约束核聚变研究的发展历程中,中国科学院上海光学精密机械研究所的研究人员始终坚持走自主探索的道路,依靠自己的技术和工业基础,建成了以“神光”系列为代表的大型综合性激光装置,取得了一系列国际水平的研究成果,推动了中国激光科学技术的快速发展.     

四十载自主探索路——中国科学院上海光学精密机械研究所激光惯性约束核聚变的探索历程

在40多年激光惯性约束核聚变研究的发展历程中,中国科学院上海光学精密机械研究所的研究人员始终坚持走自主探索的道路,依靠自己的技术和工业基础,建成了以"神光"系列为代表的大型综合性激光装置,取得了一系列国际水平的研究成果,推动了中国激光科学技术的快速发展.