中美俄三国激光核聚变装置透析：神光装置更具前景

2013-03-20 02:00

　　2011年9月，神光Ⅱ第九路首次利用其输出的30ps脉宽激光开展物理诊断实验获得成功。采用种子光注入短脉冲后多级扩束放大的方式获得最终输出能量，此种方式必须避免激光装置中光学器件因功率密度过高而导致的破坏，因此对激光装置的运行控制能力提出较高要求。

　　此次实验中，激光放大链路中最高平均功率密度2.8GW/cm2，峰值功率密度接近5GW/cm2。这是国内同类装置首次输出30ps的脉冲激光开展运行打靶实验，该实验的成功完成标志着神光Ⅱ装置的输出性能有了进一步的提升，同时也拓展神光II装置的功能和实验能力。

　　利用高能激光装置开展天体物理实验研究是近年来国际上研究的热点，也是当前在实验室研究天体物理的重要方法。在测量较低等离子体密度时采用Normaski干涉法，其研究水平和实验精度决定于输出激光的脉宽。当激光等离子体产生后，向外膨胀，其中心区域密度梯度大，因而条纹变化剧烈，而在较外部区域，则条纹变化相对较缓。

　　在以往的实验中，当采用脉宽为150ps探针光时，研究人员发现激光和等离子体相互作用的中心区不能看到干涉条纹；用100ps的探针光来测量其密度，那么在100ps的时间内，由于中心区密度空间变化的很快，稍微的膨胀，则会导致在同一探针光期间形成的干涉条纹交错重叠，不能分辨。为了精确而清楚测量等离子体密度的精度以及最大值，用户提出利用更短脉宽的探针光来采集干涉条纹以提升诊断能力和分辨率的要求。经装置运行人员的努力，完成前端系统的技术改进，并与物理人员密切配合，优化装置运行方式，实现30ps脉宽探针光的稳定输出。

　　实验结果显示，干涉图能够记录的中心区的密度变化时间减小了5倍之后，大大减少了因为探针光过长导致的干涉条纹的交叠，得到了更高密度区域的干涉信号，用户获得满意的实验结果并实现预期目标。

　　2012.5月28日~6月8日，韩国原子能研究所(KoreaAtomicEnergyResearchInstitute)Drs.YongjooRhee、SungmoNam和JaeminHan三位研究员利用神光装置和第九路探针光进行激光等离子体实验，获得预期结果。

　　此次实验为期两周，分别进行了“单9路”和“9路+北四路”配合的共18发大能量实验，其中5发为实验设备调试。实验的打靶材料为CH和Al两种，输出能量在200J左右，时间延迟分别为0ps，30ps，100ps，300ps，460ps，500ps。实验中测到明显的等离子体。

　　本次合作由中韩两国科技部支持，旨在建立互访和研究生联合培养机制，培养激光聚变领域国际联合研究团队，并积累未来激光聚变能源新技术，推进激光聚变国际合作研究。