激光行业一周焦点：先进激光器与激光核聚变

2013-10-30 00:03

　　2、美俄日法四国激光核聚变最新进展

　　近日，第8届惯性聚变科学与应用国际会议(IFSA2013)在日本奈良召开。会议报道了激光聚变方面国际上的最新研究进展。

　　以Ed. Moses为代表的美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室研究团队报告了他们的最新研究进展。在2008年11月到2013年6月4日这四年多时间里，NIF打靶的总发次达到了1288次。通过这些实验，大大加强了对聚变物理的认识。2013年8月进行的最新实验中，利用NIF装置的1.7MJ的三倍频激光能量获得了3×10^15的中子产额，如果以能量计算，聚变反应输出能量约为8kJ。这表明在NIF上的激光聚变实验已接近α粒子加热(定义为中子产额翻倍)并接近实现激光聚变的科学意义上的得失相当(scientific break-even，定义为聚变输出能和聚变燃料得到的能量之比，按目前NIF上间接驱动聚变的实验条件，科学意义上的得失相当意味着聚变输出能量约为10.3kJ)。在这一实验中内爆速度为310km/s，ρR=0.85g/cm2，他们计划沿这一研究思路，实现内爆速度380km/s，ρR=1 g/cm2。

　　同时，间接驱动物理诊断能力得到了极大提升。利用10keV X射线背光成像得到了赤道和轴向靶丸内爆形状。利用中子成像的能量分辨可将热斑区域从整个燃料区分离开来。

　　其他研究包括为解决P2和P4不对称性，提出了充气和近真空两种黑腔设计方案，其中短脉冲、近真空黑腔实验取得了很好结果；为了使驱动激光脉冲缩短到5ns左右，考虑使用高密度金刚石(碳)烧蚀材料；橄榄形黑腔的设计逐渐成熟。

　　法国LMJ将追随NIF的脚步进行核爆模拟研究。按照设计LMJ装置将由 240路束线构成，计划先完成176路的安装。LMJ装置将提供3ns到25ns的三倍频激光，激光总能量大于1.3MJ，总功率超过400TW。PETAL装置建在LMJ附近，将与LMJ共同实验。按照设计，PETAL装置输出脉宽为0.5~10ps的短脉冲激光光束，能量高达3kJ，靶面聚集功率可达10^20W/cm2。在7ps处的对比度达到10^-7。目前，LMJ装置的所有激光组件和系统已经通过检验，满足设计要求，全部176路激光束线已经完成安装。大部分诊断设备也安装到靶区。PETAL装置的前端和压缩部分已经通过检验，放大器部分已经完成安装。LMJ计划2014年开始用于实验，PETAL计划2016年开始用于实验。

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