激光惯性约束聚变(ICF)驱动器的研究进展和快点火概念平台论文
一、引言
1960 年激光问世不久，原苏联的巴索夫院士和我国王淦昌院士就分别独立提出了用强激光引发 核聚变反应的原始概念设想。从那时算起，激光核聚变物理研究与高功率激光驱动器技术相互促进， 协调发展，至今已有 40 年的历史。
激光 ICF 研究发展有三方面的目标。 首先，激光 ICF 的长远目标是解决人类干净的能源需求。它的优势之一是激光驱动器可以在空 间布局上与核聚变反应堆分开，这一特点使得将来的电站反应堆工程设计更为简便、合理。 在磁约束聚变能(MFE)方面，世界上一些国家正在酝酿建造国际热核聚变实验反应堆(ITER)。 而在惯性约束聚变能(IFE)方面，正在建造并预计在 2008 年全面建成的美国国家点火装置(NIF)，总 投入经费将达到 35 亿美元。此后 10 年左右，即 2019 年，美国将选定用哪种技术途径(IFE,还是 MFE) 来建造热核聚变示范反应堆。 第二方面，激光惯性约束聚变科学技术发展重要的特点是有中期军事应用。世界上有核国家都 极其重视这方面的研究工作。 第三方面，激光核聚变是目前人类在实验室创造只有恒星内部才能存在的高温、高压、高密度 物质状态的唯一手段。这方面工作的进展已经拓展出一个富有活力的崭新科学研究领域——“高能 密度物理”，重点是研究高能量密度条件下的特殊物理现象。在这一重要的新研究领域中，人们可以 利用激光产生的类似天体的等离子体，利用实验室已有的诊断手段仔细研究超新星爆发，研究木星 的内核结构。人们可研究流体运动及边界相互作用，可以开展极端条件下的高压物理、凝聚态物理
图 2 令人鼓舞的金锥管加 CD 壳靶快点火原理示范实验结果
日本大阪大学 2002 年的实验，表明超热电子吸收了 40%。中子产额由 104 到 107，增加了三个数 量级。(热核反应区温度 800 万-1000 万度)
这两个成功的实验进一步激发了国际 ICF 界研究快点火物理和相关 PW 激光技术的热情，增强 了信心。
2. 激光 ICF 的两种靶驱动方式
激光 ICF 靶驱动方式主要有两种，直接驱动和间接驱动。直接驱动方式要求驱动激光在 4π立 体角内对称、均匀(靶壳表面激光辐照强度涨落≤1%rms)、同步(各束激光时间同步精度≤10ps)辐照 球形靶丸。为了实现燃料的相对低温，高致密度预压缩，驱动器输出的每一束激光脉冲形状需要做 特定高动态范围的精密修整或整形。整形后的各束激光脉冲形状在激光能量高倍率放大后仍必需保 持高水平的相对一致性。这一高难度的技术需求归结为对驱动器的精密化功率平衡指标要求。另外 一条精密化激光定点打靶精度指标(激光在指定靶位置的落点精度≤20μm rms)，进一步控制了各束 激光在靶丸上的正确落点叠加辐照均匀性。这一指标对于直接驱动方式的成功运作也起到十分重要 的作用。
第二种靶驱动方式是间接驱动。在这种运作方式中驱动器全部激光束等分为两大组，分别相对 穿入毫米尺度金园柱空腔靶两端中心的两个小孔中，把激光能量对称沉积在园柱内壁上，以 90%以 上的效率转换成软 X 光，用均匀辐照的软 X 光驱动置于腔中心的热核燃料靶丸，实现热核燃烧。间 接驱动方式解决了靶的均匀辐照问题，但对驱动激光光束的光学质量(可聚焦能力)、穿孔能力、精 密化激光定点打靶能力和脉冲精密整形都提出了极高的要求。
三、预压缩激光驱动器技术进展
1. 以“国家点火装置”为代表的激光驱动器技术取得了重大突破
80 年代末，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)开始酝酿大型激光 ICF 装置，希望通过中 心点火途径实现高增益热核点火燃烧。这一设想逐步发展成为美国国家点火装置(NIF)工程。NIF 将 耗资 34.5 亿美元，于 2008 年建成投入运行，是 LLNL 有史以来最大的一个建设项目，也是世界上有
其中 ni 为热核燃料离子数密度；τ为惯性维持该数密度的时间间隔；ρm 为被压缩的低温热核 燃料质密度；r 为预压缩到高质密度燃料小球的半径。
上述三个基本条件中劳森判据条件要求驱动激光或由激光转换成的软 X 光，以高时间同步精度， 均匀、对称地辐照热核燃料球靶的外包壳层，利用等离子对称外喷所产生的向心驱动压力把核燃料 对称向心压缩到费米简并状态 1/3 左右的数密度。这样，在向心压缩达到压力平衡的惯性迟滞时间 间隔内可满足劳森判据条件。
J.Nuckolls(1972)
M.Tabak(1994)
a) 体点火 内能Ｅm>1MJ
EL>10MJ
b) 中心点火 Ｅm=0.039MJ
Eh=0.12MJ EL～1MJ
c) 快点火 Ｅm=0.039MJ
Eh=0.002MJ EL～0.3-0.4MJ
图 1 三种热核燃烧点火方式
3. 三种热核燃烧点火方式 激光 ICF 研究初期的靶物理方案设计是把劳森判据条件与燃料等离子体高温条件在时间上捆绑
2001 年，英国卢瑟福实验室的 P.Norreys 与日本大阪大学 R.P.Kodama 等合作[5]，在日本大阪 大学 Gekko-Ⅻ激光装置上利用金锥管导引百 TW 点火脉冲从实验上演示了快点火物理原理。2002 年 的实验[6](见图 2)把点火脉冲能量提升至近 1PW，获得超热电子吸收 40%，热核燃料区温度 8 百万至 1 千万度，中子产额由 104 增加到 107 的好结果。
研究。可以开展高密度等离子体性质的研究，开展其辐射行为的研究，提供非相干辐射探 针。激光产生的高温高密度及等离子体本身就是一个强 X 光和粒子辐射源，它在解决若 干重要的基本物理和应用物理问题中可能会发挥相当重要的作用。
二、ICF 聚变物理目标及对激光驱动器的技术需求
1. 激光 ICF 的工作模式
最易实现的核聚变反应为：
然而，快点火设计对激光驱动器技术的发展提出了十分苛刻的新要求。这包括了高能量输出的 (10-100kJ)拍瓦(1015W,PW)激光点火驱动器技术的发展；高信噪比(106-108)激光点火脉冲技术的实 现；百皮秒级激光打通道技术研究；点火激光脉冲与预压缩激光脉冲的高精度时间同步(10-20ps) 技术的实现等。
表 1 NIF 1/50 光束达标的重大进展
输出激光波长
单束输出能量
脉宽
输出能密度
输出功率密度
1053nm(1ω0) 525nm(2ω0) 351nm(3ω0)
26.5kJ 11.4kJ 10.4kJ
(？) (4ns) (4ns)
16.6J/cm2 7.1J/cm2 6.5J/cm2
? 1.72GW/cm2 1.63GW/cm2
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第五届全国光子学大会会议论文集 第一分册：特约报告
史以来最庞大的系统光学科学工程。NIF 将由 192 束通光口径为 400mm×400mm 的 192 束激光束组成， 实现总激光输出 1.8MJ(脉宽 3-10ns)，设计聚变增益 10-100 倍。NIF 的 1/50，即 2 束×2 束的一组 激光已于 2002 年底超额完成预定设计指标，并于 2003 年投入试运行打靶[7]。表 1 给出已达标的每 一单束激光输出的技术参数指标。
这一新概念大幅度降低了对激光驱动器的能量需求。理论粗估表明[2，3]利用中心点火概念设计， 1～2MJ 的激光能量输入可获得 10-100 倍热核燃烧释放的能量增益。然而，为了实现中心局部区域 温度升至 5 千万至 1 亿度，所消耗的激光能量要比燃料预压缩需求的激光能量大约三倍，这是很不 合算的。
1994 年，M.Tabak[5]提出了最新概念，用超强激光产生合适能量的超热电子或质子，使预压缩 燃料边缘的局部区域升温，从而实现燃料点火(见图 1c)。按照这一方案设计，用于点火及为有效点 火需要在等离子体冕区打出通道的激光功率很高，但其能量仅为预压缩能量的 1/20 左右[3]。这意味 着，实现激光 ICF 增益所需的总激光能量可以下降到中心点火所需能量的约 1/4，是非常吸引人的。
法国预定于 2010 年建成与美国 NIF 规模相当的激光 ICF 点火装置 LMJ。LMJ 在工程设计中采取 了若干与 NIF 不同的技术路线，但在大的布局方面与 NIF 相似。
此外，日本 FIREX Ⅱ期，我国神光Ⅲ，俄罗斯都在激光 ICF 预压缩领域投入了相当的力量。 在大型或超大型 ICF 高功率激光驱动器发展中各国主要实验室相继走上了大口径激光输出，多 程放大，高效三倍频或二倍频，前端光纤化、集成化、模块化的技术集成发展道路，其光学技术要 求已经十分逼近当代光学研究技术水平的物理极限。 2. 我国神光系列激光驱动器技术水平迅速提升 神光系列装置工程研制基本参数列于表 2。 建于 80 年代中期的神光 I 装置把国内尝试性的高功率激光搭建实验平台第一次转变成可以做 ICF 初级单元实验的激光驱动器。而 90 年代末,神光Ⅱ的工程研制[8,9]使我国高功率激光驱动器的激 光、光学技术能力和水平实现了质的跨越提升。神光Ⅱ的工作涵盖了高功率激光技术总体和单元的 各个方面。主要有， 1) 获得了高平均激光通量密度的激光驱动器输出能力。神光Ⅱ的工作使我国驱动器激光通量密度 达到国际水平，并从根本上找到了安全提高驱动器总能量或功率输出能力的技术途径，成功解 决了驱动器工作物质严重损坏的问题。 2) 神光Ⅱ的激光品质大幅度提高，标志激光器总体光学质量的可聚焦能力提高十倍以上。激光穿 孔能力大幅度提升，满足了高水平间接驱动物理实验需求。 3) 使我国驱动器开始具备三倍频能力，并实现了三倍频综合技术能力的全面突破。 4) 实现了国际高水平的激光快速瞄准及高精度定点打靶能力。 5) 实现了激光脉冲初步整形和精密化功率平衡的能力。 6) 研制成功我国特有的高难度无开关双程主放大器，并在国际上首次打靶运行成功。
2 D1 + 3 T1 →4 He2 (3.5Mev)+1n 0 (14.1Mev)
Байду номын сангаас(1)
式中 D 为氘；T 为氚；He 为氦核，即α粒子；n 为中子。为实现可持续的惯性热核聚变燃烧， 必须满足三个基本条件。
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惯性约束聚变激光驱动装置用光学元器件的研究进展
惯性约束聚变激光驱动装置用光学元器件的研究进展邵建达;戴亚平;许乔【摘要】介绍了为提高惯性约束聚变(ICF)激光驱动装置的光束质量和输出功率,我国在神光系列激光装置的建设、运行和性能提升方面开展的工作.综述了我国近年来ICF激光装置用光学元器件的重要研究进展.文中涉及了高纯金属铪和磷酸二氢钾(KDP)等原材料的制备和四大主材(钕玻璃、高纯度KDP、熔石英和KDP/高掺氘KDP(KDP/DKDP晶体)的熔炼、加工和生长.描述了元器件的冷加工(针对钕玻璃、白玻璃、KDP晶体)技术和镀膜技术(针对介质膜和化学膜).最后,给出了针对大口径光学元件工序检及终检开展的多项关键检测技术.文中介绍的关键技术与工艺满足了绝大部分光学元器件的需求,显著提升了光学元器件的研发和生产能力.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(024)012【总页数】7页(P2889-2895)【关键词】惯性约束核聚变(ICF)激光装置;光学元器件;材料制备;光学检测;综述【作者】邵建达;戴亚平;许乔【作者单位】中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621000;成都精密光学工程研究中心,四川成都610000【正文语种】中文【中图分类】TL632;TN305.2惯性约束聚变(Inertial Confinement,ICF)激光驱动装置是一项庞大、复杂且系统性极强的超大型光学工程，这个大型光学系统中包含片状玻璃放大器、反射镜、透镜、偏振元件、晶体、窗口以及衍射光学元件等各种性能的光学元器件。
以当前世界上规模最大、能量最强的激光器——美国国家点火装置(NIF)为例，它包含了大约7 500块大尺寸光学元件(直径在600～1 000 mm)和30 000块小尺寸光学元件[1]。
对用于ICF驱动的高功率激光装置而言，获得更高输出能量和功率的激光束一直是研究人员追求的目标。
激光约束核聚变小论文
激光约束热核聚变摘要：本文主要介绍核聚变、可控核聚变的原理以及世界各国近年来在这方面的研究。
关键字：核聚变、可控核聚变、大功率激光器核聚变是指质量较小的原子在一定条件下发生原子核相互聚合作用而生成新的质量更大的原子核并释放出巨大能量的核反应形式。
可控核聚变是指核聚变在人类控制下，利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务。
核聚变能释放出巨大的能量，而且反应并不会产生放射性物质，反应也是在稀薄气体中持续稳定进行的，因而可控核聚变是安全而清洁的。
核聚变所需的原料氘、氚在海水中的含量极为丰富，据估计，每升海水中含0.05克氘，相当于300升汽油燃烧所产生的热量，地球上的海水中共含45万亿吨氘，如果全部用于核聚变可供人类使用几百亿年。
而氚可以由锂和中子作用得到，锂在海洋中含量也十分丰富。
因而在煤炭、石油等一次性能源日渐枯竭而且环境污染也越来越严重的情况下，清洁、高效且原材料取之不尽的可控核聚变成为了人类解决能源危机的希望。
核聚变想要发生必须使得聚变的原子之间的距离达到飞米级即10的负十五次方级别，想达到这个级别必须使原子拥有非常大的动能才能克服电荷之间的斥力，而要是原子得到如此大的动能就必须要将原子加热到很高的温度，只有达到某个温度值之后核聚变才能发生，氢弹的爆炸就是先通过引爆原子弹利用其产生的巨大热量使得氢弹内部发生核聚变从而实现氢弹的引爆的。
目前为止人类已经实现了不受控制的核聚变，例如氢弹，但想要实现能量的合理利用就必须要使核聚变按照合理的速度和规模发生。
目前为止实现可控核聚变的方式有超声波核聚变、激光约束核聚变、磁约束核聚变等方法。
激光约束核聚变又称为惯性约束核聚变，是将几毫克氘、氚的混合气体放在直径约为几毫米的小球内，利用强激光束从外面均匀照射到小球表面，球面吸收能量之后向外蒸发，而球面内层在反作用力的作用下向内挤压，就像喷气式飞机通过向后喷射出大量气体从而推动飞机向前飞行一样，随着小球不断地向内挤压，球内气体的气压急剧升高，同时伴随着温度的急剧升高。
惯性约束聚变(ICF)
这张图是X射线从辐射空 腔两端射向靶球的模拟图
NIF有世界上最大的光学仪器。这是KDP晶体（磷酸二氢 钾），重360kg。整个装置需要约600个这样的晶体。
• 这是粗切成块的激光放大器玻璃薄片，整 个装置需要3072块这样的钕磷酸盐玻璃。
NIF的主要任务
• 模拟核爆炸，研究核武器的性能情况，使 得美国在不进行核试验的情况下保持核武 器的先进性。
• 从这里我们看到，该技术的核心就是怎样获得 均匀的高能的射线作为点火装置。
美国国家点火装置（NIF）
• 这部激光器于2009年启 用，它可以将192束激光 的能量转换为X射线，聚
焦到一个胡椒粒大小的
燃料球上，在十亿分之 三秒内，以近5*1014W的 功率，输出约180万焦耳
的能量，产生一亿开的 高温和1016Pa的高压。
1990年，神光I获得国家科技进步奖一等奖。 1994年，神光-Ⅰ退役。神光-Ⅰ连续运行8年，在激 光惯性约束核聚变和X射线激光等前沿领域取得了一 批国际一流水平的物理成果。
神光Ⅱ 1993年，国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题，进一步推动了 国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。
1994年5月18日，神光Ⅱ装置立项，工程正式启动，规模比神光-Ⅰ装 置扩大4倍。
目前，神光-Ⅲ原型装置“十五”建设目标已圆满完成，达到“8束出光，脉 冲-万焦耳”的水平，标志着我国成为继美、法后世界上第三个系统掌握新一 代高功率激光驱动器总体技术的国家，使我国成为继美国之后世界上第二个具 备独立研究、建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。
1964年，王淦昌提出了研究激光聚变的倡议。 1965年，上海光机所开始用高功率钕玻璃激光产生激光聚变 的研究。 1973年5月，上海光机所建成两台功率达到万兆瓦级的高功率 钕玻璃行波放大激光系统。 1974年，上海光机所研制成功毫微秒10万兆瓦级6路高功率钕 玻璃激光系统，激光输出功率提高了10倍。 1980年，王淦昌提出建造脉冲功率为1万亿瓦固体激光装置的 建议，称为激光12号实验装置。 1987年6月27日，神光I通过了国家级鉴定。 1994年，神光I退役，神光I连续运行8年。 1994年5月18日，神光Ⅱ装置立项，工程正式启动。 2001年8月，神光Ⅱ装置建成，总体性能达到国际同类装置的 先进水平。 2007年2月4日，中物院神光Ⅲ激光装置实验室工程举行了开 工奠基仪式。
惯性约束聚变
)
从经济观点出发，Pn/Pg值必须大于0.75； 中子反应因子M在1.05~1.25之间，热电转换效率ε在
0.3~0.4之间，可知ηG值必须在10~16之间， η取决于 驱动器的类型，G取决于靶的设计和射到靶上的能 量； 当 η=0.05 时 ， 要 求 G=200~320 ， 高 增 益 靶 ， 达 到 η=0.05的只有氟化氪激光、半导体泵浦的固体激光 和轻重粒子束； 当η=0.25时，要求G=40~60，达到η=0.25的只有轻粒 子束和重离子束驱动器。
聚变靶丸
高z壁
泡沫塑料
吸收 辐射体
柱面高z腔壁
3、惯性聚变能电站中两个重要的循环
（1）功率循环
驱动效率η：电能转变成激光或粒子束的能量 增益G：激光或粒子束打在靶上发生聚变产生
热核反应 M因子：靶外物质与中子反应放出能量 热电转换效率ε：热核能量转变为热能，送到发
电机发电 Pg：总的输出功率 Pa：电站用电量，占总输出功率比例为fa（~5%） Pd：给激光和粒子束驱动器提供功率产生激光
将激光或粒子束的能量照射在黑洞靶的内壁（对 激光）、泡沫塑料（对轻离子束）和吸收辐射体 （对重粒子束），并加热这些物质到高温，发射出X 射线，靶丸放置在中间位置上，激光或粒子束在转 换体上产生很强的X射线，照射在靶丸上再引起靶丸 表面加热、压缩、点火和燃烧。
柱面高z腔壁 激光束
聚变靶丸
入口孔
重离子束
这两个成功的实验进一步激发了国际ICF界研究快 点火物理和相关PW激光技术的热情，增强了信心。
令人鼓舞的金锥管加CD壳靶快点火原理示范实验结果
一、获得惯性聚变能的基本原理
激光技术的出现，给人们带来了希望，1963年巴 索夫和道森首先提出了可以利用激光将等离子体 加热到引发热核聚变的温度。
惯性静电约束聚变非电应用的现状和未来[1]
![惯性静电约束聚变非电应用的现状和未来[1]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/26792e9b581b6bd97e19ea23.webp)
惯性静电约束核聚变非电应用的现状和未来金立云张兴治李金海（中国原子能科学研究院北京102413）摘要：本文在简要介绍惯性静电约束核聚变（IECF）基本原理和特点的基础上，重点介绍新世纪以来，国际上IECF非电应用发展情况。
近期应用项目有爆炸物探测，PET同位素制备，硼中子俘获治疗（BNCT），手提式中子源和可调谐X射线发生器；长期应用项目有长寿命放射性核素嬗变，聚变能制氢和深空推进器等, 供我国近期开发核技术应用产业、远期开发第二, 三代（D-3He、3He-3He）聚变核能参考。
关键词：惯性静电约束（IEC）；核聚变；D-D反应；D-3He反应；中子；质子1.前言惯性静电约束核聚变（IECF）概念的提出，始于上世纪50年代。
随后美国P. T. Fornsworth进一步发展了IECF概念，申请了专利。
1967年R. L. Hrisch首次根据IECF概念，实现了氘-氚（D-T）聚变。
在此后的几十年间，国际上大力开展磁约束聚变（MCF）和惯性束聚变（ICF）研究，并不看好IECF前景。
直到1986年，美国威斯康星大学核聚变所等单位经过大量月球样品取样分析，确证月球表面月壤中积存有数百万吨3He资源，可供人类长期开发使用，从而使IECF研究又焕发了青春。
90年代以来，仅美国和日本就有10多个著名大学，研究机构和大公司纷纷投入IECF研发工作，在1998~2007年期间，美,日两国科学家共举办了9次研讨会，相互交流IECF研发工作最新进展。
10年来取得了一系列标志性的科研成果，其中包括稳态D-D聚变中子产额于2001年达到108 n/s；稳态D-3He聚变质子产额于2002年达到3.5 10 8 n/s；2006年又首次实现了3He-3He聚变。
实验结果表明，IEC装置由于其固有的优良性能，很有可能发展成为未来第二、三代（D-3He 3He-3He）聚变能的适用反应器。
本文参考美国聚变能科学顾问委员会（FESAC）于2003年提出的关于核聚变非电应用（Non-Electric Application of Fusion）评估报告,重点介绍新世纪以来，国际上IECF非电应用研究的现状与未来，供我国近期开发核技术应用产业，远期开发第二、三代聚变核能参考。
激光惯性约束聚变(ICF)聚苯乙烯(PS)靶材料研究进展
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ２６ ・ ２
材料 导报
２０ ０ ６年 ５月 第 ２ Ｏ卷专辑 Ⅵ
激 光 惯 性 约束 聚 变 （Ｃ 聚苯 乙烯 （ Ｓ 靶 材料 研 究进 展 Ｉ Ｆ） Ｐ ）
丁建旭 ， 廖其龙 ， 杨定明
（ 西南科技大学材料科学 与工程学院 ， 阳 ６ １ １ ） 绵 ２ ０ ０ 摘要 在 Ｉ Ｆ靶 丸研究 中， Ｓ空心微球是 主要 的靶 型之 一 ， Ｃ Ｐ 由于 Ｐ 靶 具有低 密度 、 原子序数 ， Ｓ 低 可以降低辐射
激光惯性约束聚变(ICF)驱动器的研究进展和快点火概念平台论文
表 1 NIF 1/50 光束达标的重大进展
输出激光波长
单束输出能量
脉宽
输出能密度
输出功率密度
1053nm(1ω0) 525nm(2ω0) 351nm(3ω0)
26.5kJ 11.4kJ 10.4kJ
(？) (4ns) (4ns)
16.6J/cm2 7.1J/cm2 6.5J/cm2
? 1.72GW/cm2 1.63GW/cm2
2001 年，英国卢瑟福实验室的 P.Norreys 与日本大阪大学 R.P.Kodama 等合作[5]，在日本大阪 大学 Gekko-Ⅻ激光装置上利用金锥管导引百 TW 点火脉冲从实验上演示了快点火物理原理。2002 年 的实验[6](见图 2)把点火脉冲能量提升至近 1PW，获得超热电子吸收 40%，热核燃料区温度 8 百万至 1 千万度，中子产额由 104 增加到 107 的好结果。
燃料等离体高温条件给出了氘氚反应机率的下限，需要驱动器提供额外的用于加温点火燃烧 的激光能量。
最小ρr 乘积条件涉及反应生成的 3.5Mev 动能的α粒子在未反应燃料中的有效沉积吸收，是在 初始热核点火后把全部燃料加温到高反应温度，实现自持燃烧的基本条件。从最小ρr 乘积条件可 以推导出一发激光聚变打靶所需 DT 燃料最低质量的要求，从而限定了驱动器必需提供的最低激光能 量需求。
第五届全国光子学大会会议论文集 第一分册：特约报告
激光惯性约束聚变(ICF)驱动器的研究进展 和快点火概念平台
林尊琪
(中国科学院上海光学精密机械研究所) 摘 要：简要介绍了激光惯性约束核聚变(ICF)的工作模式、应用目标及不断对激光驱动器提出 的新技术要求。列举了国内外 ICF 驱动器研究工作若干重要的新进展。鉴于国际 ICF 前沿领域对 ICF 快点火研究工作不断加强和深化，而我国在用于快点火的高能拍瓦激光技术方面暂时处于落后状态， 本文提出发展我国高能拍瓦(PW,105W)激光器的一些建议，供参考。 关键词：激光惯性约束聚变、快点火、高能拍瓦激光、激光驱动器
激光论文——高效宽带二倍频激光原理及实现方法
高反射式望远镜光机系统设计班号：0936203 学号：6090120331 姓名：蔡海蛟摘要：反射式望远镜所用物镜为凹面镜，有球面和非球面之分。
比较常见的反射式望远镜的光学系统有牛顿式反射望远镜与卡塞格林式反射望远镜，另外还有里奇-克莱琴式、达尔-奇克汉式望远镜，这些系统都是沿轴的光学系统。
离轴设计有几种通过消除次镜或移动任何的辅助元件避开主镜光轴，以尽量避免阻碍入射光的设计，通常称为离轴光学系统，包括赫歇尔式，Schiefspiegler ，Yolo 望远镜等。
关键词：宽带二倍频； 晶体级联； 时间相位调制； 宽带激光； 光谱窄化1. 绪论激光技术的发展为实现受控热核聚变提拱了条件现代激光技术能产生聚焦良好的能量巨大的脉冲光束。
在惯性约束聚变(ICF)的研究中，为了抑制激光等离子体相互作用时的有害非线性效应，高激光和等离子体的耦合效率，具有一定光谱宽度的短波长激光被认为是一种较理想的光源。
目前，世界上在建和已建的ICF 激光驱动器普遍采用钕玻璃激光三次谐波转换后的紫外光(0．35um)作为打靶激光。
但是，由于紫外光易导致光学元件损伤，严重制约了激光动器的输出能力和运行性能。
而采用高能量宽带二倍频激光打靶则能避免元件的损伤问题。
同时取得与紫外光打靶相当的物理实验效果‘Ⅷ。
最近，国家点火装置(NIF)进行了二倍频激光打靶实验，192束的总能量高达3.4MJ ，并未出现光学元件的损伤问题，并且激光等离子体相互作用效果与三倍频光打靶没有明显差异。
因此，发展大宽带、高效率的二倍频技术具有重要的应用价值和需求牵引。
文中开展了高效宽带二倍频实验，获得了70％的转换效率，并研究了倍频过程中光谱的变化特性，实验结果与理论模拟结果相符。
研究结果为设计ICF 激光驱动器的二倍频器件提供了重要的实验依据。
2.系统结构及工作原理1 宽带激光谐波转换理论模型对1类匹配二倍频过程，忽略横向衍射、空间走离和三阶非线性效应影响，时域上表示宽带二倍频谐波转换的瞬态耦合波方程组可以表示为：211111112112121(,)(,)(,)(,)exp()2effiw d A z t A z t A z t i A z t A A i kz z t tn cββα*-∂∂∂+++=∆∂∂∂(1)222222212222122(,)(,)(,)(,)exp()2effiw d A z t A z t A z t i A z t A i kz z ttn cββα-∂∂∂+++=∆∂∂∂ (2)式中：jA 、1j β、2j β、jα、jn ，分别为频率q 处的复振幅、群速度的倒数、群速色散、吸收系数、折射率(倍频过程中，下标j=1，2分别表示基频光和二倍频光)；effd 为有效非线性系数；k ∆为相位失配量；c 为真空中的光速。
激光惯性约束聚变综合诊断系统心得
第15卷 第11期强激光与粒子束Vol.15,No.11 2003年11月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Nov.,2003 文章编号: 100124322(2003)1121073206激光2惯性约束聚变综合诊断系统Ξ郑志坚, 丁永坤, 丁耀南, 刘忠礼, 刘慎业, 孙可煦, 成金秀,江少恩, 祁兰英, 张保汉, 杨存榜, 杨家敏, 苏春晓, 陈家斌,李文洪, 易荣清, 唐道源, 黄天 , 曹磊峰, 温树槐, 彭翰生, 蒋小华, 缪文勇(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘 要: 概述了为在强激光装置“神光2II ”、“星光2II ”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。
关键词: 惯性约束聚变; 等离子体诊断技术; 高时空分辨 中图分类号: TL817 文献标识码: A 目前激光2惯性约束聚变(ICF )在理论、实验、激光器件、诊断及制靶方面“五位一体”地同步发展。
激光2ICF 研究采取两大途径———“直接”驱动和“间接”驱动。
无论是“直接”驱动,还是“间接”驱动,为了摸清其每一个物理过程的规律,都必须开展综合及分解实验,而完成这些实验的前提是要有好的诊断设备及巧妙的诊断技术。
近几年,人们越来越感到了“精密物理”的重要,期望通过诊断、制靶和激光装置的同步精密达到实验物理数据、信息可靠的目的。
激光驱动的ICF 诊断技术必须突破传统模式,基于不断认识的新原理,建立和摸索满足“不具类比”的等离子体特性要求的诊断设备和诊断技术[1]。
激光2惯性约束聚变诊断技术还具有单次脉冲、混合场、被测物理量程量宽、时空分辨高(ps ,μm )等特点,这近乎是对以光电技术为基础的诊断手段极限能力的一种挑战。
高增益惯性约束核聚变进展述评.
CNIC-01556CAEP-0080高增益惯性约束聚变进展述评PROGRESS IN HIGH GAIN INERTIALCONFINEMENT FUSION(In Chinese中国核情报中心China Nuclear Information CentreCNIC-01556CAEP-0080高增益惯性约束聚变进展述评孙景文(中国工程物理研究院科技信息中心,绵阳,621900摘要评论了高增益惯性约束聚变(ICF在实验室中的进展,包括ICF 小囊的物理评论、高能密度科学、惯性聚变能(IFE、国家点火装置(NIF及其点火靶设计和PW(1015 W激光器的重大技术突破。
在世界各地的高功率激光、粒子束和脉冲功率设施,建立起了高能密度等离子体物理的新的实验室领域,促进了惯性聚变的发展。
例如高亮度PW激光提供的新能力,已使在地球上过去不能达到的条件下研究物质和天体物理现象成为可能。
这些试验与先进的计算技术一起推进了NIF和兆焦耳激光(LMJ的工程设计,并且使新的科学领域如实验室天体物理学的研究得以加强。
在惯性聚变研究中发展的科学与技术已找到了近期的商业应用,已能稳定地向在实验室中实现聚变点火和高增益的目标进展,而且为21世纪打开了新的研究领域。
1Progress in High Gain Inertial Confinement Fusion(In ChineseSUN Jingwen(Centre of Science and Technology Information, China Academy ofEngineering and Physics, Mianyang, 621900ABSTRACTThe author reviews the progress in laboratory high gain inertial confinement fusion (ICF, including ICF capsule physics, high-energy-density science, inertial fusion energy, the National Ignition Facility (NIF and its design of ignition targets and the petawatt laser breakthrough. High power laser, particle beam, and pulsed power facilities around the world have established the new laboratory field of high-energy-density plasma physics and have furthered development of inertial fusion. New capabilities such as those provided by high-brightness petawatt lasers have enabled the study feasible of matter in conditions previously unachievable on earth. Science and technology developed in inertial fusion research have found near-term commercial use and have enabled steady progress toward the goal of fusion ignition and high gain in the laboratory, and have opened up new fields of study for the 21st century.2引言惯性约束聚变(ICF是在小密闭容器(直径约 5 mm中充有几毫克氘和氚燃料产生的热核反应。