快点火可能是获得聚变能的捷径

加利福尼亚最近的能源短缺突出了经济日趋活跃的世界能源供应不足。煤的储存终究会被耗光；就算它是无穷无尽的，燃煤释放CO2造成的全球气候变暖也让人们意识到煤并非理想能源。因此不释放CO2的能源日益重要，其中最有吸引力的是核聚变，但通过这种途径获取能量已证明很有难度。Kodama等报道了一种新的聚变理论[1]，名为“快点火”，可能提供获得聚变能的较好途径。核聚变为太阳、恒星以及热核武器提供能量，但为什么没法将它用作能源呢？长期以来，回答都是“理论上不行”。海水中自然存在着氢的同位素——氘（1D2），可提供基本无限的…     

快点火与惯性聚变能

惯性约束聚变（ICF）的中期结果在国防与科学方面有重要应用价值，但最终目标是想解决人类的惯性聚变能源（IFE）问题。如果能有新的方式使高密度燃料小囊点火就有可能使这一多年来孜孜以求的梦想变成现实。本文综述聚变能源的材料、原理和研究现状，快点火的原理和可行性研究，提出获得聚变能的一些设想和展望。     

惯性聚变能研究现状

评述了惯性聚变能(IFE)的现状,其要点为:向着内爆等离子体点火与燃烧演示前进中,劳伦斯·里弗莫尔国家实验室和法国原子能委员会波耳多实验的兆焦耳级激光系统建造.以直接驱动和间接驱动进行的中心点火将在本十年中期进行探索.在过去两年中,还对"快点火"进行探索.已用拍瓦级(1～0.1PW输出)啁啾脉冲放大加热固体和内爆等离子体.利用50～500 J/ps脉冲,可将固体靶加热至300 eV,以α射线光谱学、中子能谱等手段测量.还总结了模拟程序的发展研究、靶设计和制造、重离子束聚变、基于X射线源的Z箍缩与激光驱动器技术.     

激光驱动惯性聚变能的现状与发展前景

自1972年以来,聚变燃料靶丸的内爆物理已进行了很好的研究,导致聚变能增益的聚变点火与燃烧,将在下一个十年中获得充分的证实。正在美国和法国建造的两个兆焦耳级激光装置可望演示聚变能增益,这将是一项具有划时代意义的成就,它将为我们提供解决未来世界能源和环境问题的一个实际手段。     

激光聚变装置光束自动准直系统的研究进展

光束自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置,研究了光束自动准直的原理和关键技术,介绍了国外光束自动准直系统的发展状况,展望了高功率激光装置自动准直系统的未来发展趋势。     

拍瓦激光的惊人本领

拍瓦强激光束可使原子核产生反应以击碎原子。由激光加速的电子以近光束运动与金箔靶的原子核碰撞，产生γ射线，可把其他金原子核的中子击出，使金元素变为铂之类元素。γ射线也可以驱动处于金后面的铀层，使铀核分裂为较轻的元素。在拍瓦激光面世前，所有这些效应都只能在粒子加速器或核反应堆内才能发生。     

自适应光学技术在惯性约束聚变领域应用的新进展

在惯性约束聚变(ICF)领域,采用自适应光学(AO)技术进行波前控制是解决ICF激光系统中光束质量问题的重要手段.报道了"神光Ⅲ"原型装置中8套工程化自适应光学系统、未来ICF系统发展所需的大口径可拆卸变形镜(DM)样镜研制以及ICF自适应光学波前控制技术的最新研究进展.8套工程化自适应光学系统在"神光Ⅲ"原型装置上实现了到靶点的全系统静态像差校正,改善了靶点焦斑能量分布,验证了校正对打靶时X射线分布的改善效果.所研制的17单元大口径可拆卸变形镜的口径为284 mm×284 mm,行程大于±6μm,谐振频率大于500 Hz.在ICF自适应光学波前控制技术中,采用了基于哈特曼传感器近场相位测量的控制方法和基于靶室远场的随机并行梯度下降(SPGD)控制方法均能取得良好的校正性能.     

惯性聚变能领域的激光二极管抽运固体激光装置

采用激光二极管抽运固体激光(DPSSL)装置作为驱动器是惯性聚变能源(IFE)领域的重要技术途径,可兼顾高峰值功率和高平均功率.介绍了4种单发能量百焦耳、脉宽纳秒级的重复频率同体激光装置,包括系统的概念设计、实验进展,以及放大器构型、能量提取方案、介质热管理等关键单元技术.     

激光核聚变中自生磁场与热输运的粒子模拟

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过程中产生的自生磁场和电子热输运特性。讨论了自生磁场产生机制和非线性饱和过程。给出了自生磁场的线性增长率和各向异性参数之间的函数关系,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。细致研究这些过程对更好的理解快点火物理中自生磁场的产生、超热电子热输运等过程有重要意义。     

用于惯性约束聚变驱动器的色分离光栅-光束采样光栅集成元件的制作

针对惯性约束聚变(ICF)驱动系统特别是其终端光学系统对元件数和元件厚度的限制要求,利用衍射光学元件(DOE)易于集成的优点,提出一种在石英基片的两面分别曝光制作色分离光栅(CSG)和光束采样光栅(BSG)的新方法,仅需一个石英片即可同时实现谐波分离和光束采样的功能.分别采用光学制版和电子束直写的方法制作了色分离光栅和光束采样光栅的掩模,并利用离子束刻蚀的方法加工了色分离光栅-光束采样光栅集成元件.结果表明,此集成元件的三倍频光能量利用率、色分离度以及采样效率等参数均与三倍频光通过色分离光栅、光束采样光栅分离元件时得到的结果相吻合,达到了惯性约束聚变激光驱动器终端光学系统的基本技术指标要求.     

基于性能退化数据的金属化膜电容器可靠性评估

在对激光惯性约束聚变试验装置所用金属化膜脉冲电容器进行可靠性分析时,利用假设其寿命分布为Weibull分布的传统可靠性分析方法所得结果不能满足工程要求.作者通过分析电容的退化机理,给出了一个该型电容器的寿命分布模型,模型的求解是利用电容器的退化数据进行的,它具有比Weibull分布模型更为精确的特点,在工程实践中使用该模型对该型电容器进行可靠性分析可以大量的节约试验成本且结果精度更高.     

实验室和天体中的等离子体-等离子体相互作用实验研究

正在激光惯性约束聚变黑腔中,由于采用多柬激光辐照黑腔内壁,所以会产生多个等离子体流。这些等离子体流之间的相互作用物理过程如何、会不会对靶丸压缩带来影响等问题,都值得研究、等离子体流之间的相互作用在天体中也是普遍存在的,不同运动方向的等离子体流相互作用时,对应的物理过程可能不同、利用高功率激光装置,在实验室中开展等离子体-等离子体相互作用,对于理解天体物理若干重要问题有重要意义、本报告将对近年在这方面取得的一些进展进行汇报。实验是在我国上海高功率激光与物理联合实验室的神光Ⅱ和日本大阪大学的GekkoⅫ高功率激光装置上进行的、神光Ⅱ装置共有8路,三倍频激光总能量为2 kJ。对运动方向平行、反平行(对撞)、垂直三种情况下的等离子体流之间的相互作用过程进行了研究、结果表明,两个一定间隔、平行运动的等离子体流之间,不仅会发生横向碰撞,而且会发生磁重联现象,后者在合适的条件下,会主导整个作用过程。基于这一想法,对太阳和日地空间的磁重联进行了研究、对于反平行(对撞)情形,当间距近、密度高时,会通过碰撞产生不稳定性,当间距远、流速快、密度低时,离子碰撞过程会被非碰撞相互作用取代,激发无碰撞冲击波现象;如果两个等离子体流相互垂直,等离子体可能会发射折射。这些研究有助于加深对超新星爆发遗迹激发的冲击波等现象的理解。