惯性约束聚变激光装置系统可靠性研究

惯性约束聚变（ICF）激光装置是国家安全、能源和科学研究水平的重要标志，它的稳定运行与否对于惯性约束聚变装置的建造具有重要的决定作用。可行性作为惯性约束聚变激光装置稳定运行的最重要度量指标，表征了惯性约束聚变激光装置在使用中能保持正常工作状态或完成规定任务的能力。这种能力只能通过一系列针对惯性约束聚变激光装置的系统可靠性研究，并运用这些研究结果对惯性约束聚变激光装置实施有效的可靠性控制而得到保证。近几年来，国内外在惯性约束聚变激光装置可靠性研究方面开展了许多工作，并取得了很大进展。本文对这些进展进行了综述和分析，并提出开展下一步研究的思路。     

“奈克”KrF激光设施：性能及初步打靶实验

晔氪激光器由于具有快速光束平滑所希望的宽带宽和良好的激光与靶耦合所需的短激光波长，因而对激光聚变研究颇有价值。“奈克”是美国海军研究实验室最近刚完成的５６束氟化氪激光器及打靶装置。     

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。     

欧洲激光聚变项目获得欧盟批准

欧盟批准了一个英国领导的科学家小组为激光核聚变装置作准备的计划。高能激光聚变研究小组（HiPER）将开始一个为期三年的项目来确定采用何种技术建设实验样机。     

超高密度等离子体的快速加热

现代高功率激光能够产生与天体物理学[1]、状态方程研究[2]和聚变能研究[3,4]相关的物质极端状态。例如，聚合物丸的激光驱动内爆已将其密度提高到原有固态密度的1000倍[5]，这样大的密度足以使受控聚变成为可能。但是，为了获得能量增益必须将小体积的压缩燃料（称为“火花”）加热到约108 K（相当于10 keV以上的热能）。在受控聚变的传统方法中，精确定时的冲击波既产生火花又对其加热[4]，但是此过程既需要精确的内爆对称性,又需要很大的驱动能量。将压缩和快速加热分离进行,原则上可明显降低上述要求[6~10]。可是，这种“快点火”方法[…     

快点火可能为聚变提供快捷途径

激光聚变快点火方案是劳伦斯·里弗莫尔国家实验室于8年前提出的，其法是将聚变燃料压缩至高密度和将其加热至高温度分开，并用超强超短脉冲激光点燃。英日联合研究组对此法进行了长期研究，于2002年8月29日发表文章，详述其实验结果，认为此法可以实现聚变点火，可能为聚变能提供一条较为快捷、价廉的途径。卢瑟福·阿普尔顿实验室物理组组长Peter Norrey说，一般的装置与汽车所用的内燃机相似。“对燃料进行周期性压缩，放入一个火花以点燃聚变燃料，燃料爆炸，释放能量。”证明此方案可能的难处在于发现一种方法使点火激光束接近被压缩…     

可扩展至激光聚变点火的快加热

以短激光脉冲对被压缩聚变燃料进行快速加热，是产生核聚变能的一条有希望的途径[1]，已用新型快点火结构的实验规模进行演示[2]。本文描述将此系统加以改进，以更高功率的脉冲拍瓦(1015 W)激光产生快加热芯等离子体，它可以扩展至满尺度点火，大大增加聚变活动，同时在这些高许多的激光能量下仍然保持高加热功率。此项研究结果使我们在实现较廉价的满尺度快点火激光装置上又向前走近了一步。在先进激光聚变点火中[3,4]，用拍瓦激光产生的高密度、高能量电子瞬时加热被压缩聚变燃料，以高耦合功率使之达到点火温度[5]。日本以一台拍瓦激光…     

我国首次建立高功率激光四程放大实验研究

据悉。由景峰领导的研究小组首次在国内建立了高功率激光四程放大实验研究平台,使我国成为继美、法之后第3个掌握激光聚变驱动器关键技术——四程放大技术的国家。这一技术已应用于“神光III”原形装置,将成为“十一五”期间激光聚变研究的主力驱动器。这项技术使我国有望在未来几十年内建立一座核聚变发电站。     

21世纪的惯性聚变科学技术

评述了使用高强度装置基本和应用科学的前沿。自1985年以来，Nova激光器上所作的15000次实验和世界各地其它的激光、粒子束和脉冲功率装置上作的千万次实验已建立了高能密度等离子体物理的新实验室领域，并进一步发展了惯性约束聚变。高亮度飞秒激光已能获得以前在地球上不能获得的各种实验条件。这些实验与先进的计算已为“国家点火装置”（NIF）和兆焦耳激光器(LMJ)建立了技术规格．并加强了实验室天体物理等科学领城。惯性聚变所发展的科学技术，已使达到实验室聚变点火和增益目标取得稳定进展．并为21世纪的研究开辟新领域。     

惯性聚变能的发展：我们将从“国家点火装置”学到所需的东西

惯性聚变能（IFE）成功发展需要解决许多技术问题。驱动器,靶,室和其他惯性聚变能电厂分系统的可分离性可以解决“离线”装置的许多这类问题。主要的“集成”装置为通向最后解决的进展速度定期提供的历程,“国家点炎装置”（NIF）与“兆焦耳激光系统”（LMJ）正是这种集成装置。本文评惯性聚变能发展,各项目的现状,以及将从它们学到的教训。     

法国惯性约束聚变计划概述

国家政策明确规定,法国必须维持核武器安全,可靠和性能的能力,因此授权原子能委员会开始进行“兆焦耳激光”（ＬＭＪ）的研究和发展阶段计划。该装置被认为是“模拟计划”的基石,该计划的目标和范围与美国能源部的“以科学为基础的管理计划”相同。法国过去和现在的高能激光装置均用于激光等离子体物理的实验研究,并用于更好地了解与兆焦耳级激光器有关的激光科学。这些活动的目的是核定所有计划用来达到惯性约束聚变任务目标必     

用于ICF固体激光驱动器的现状与发展

本文对国际上用于惯性约束聚变研究的固体激光驱动器技术的发展进行了评述；介绍了我国固体激光驱动器的发展现状及有关的重要物理实验结果；详细论述了神光Ⅱ装置的结构特点及所采用的新技术。     

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。     

神光Ⅱ装置高功率激光能量测量

在惯性约束聚变实验及X光激光研究中,激光驱动器的激光能量测量是一项十分重要的课题.准确测定打靶激光能量对实验数据分析处理、得出正确的物理规律具有非常重要的意义.神光Ⅱ装置是具有基频(1ω)、二倍频(2ω)及三倍频(3ω)三种波长激光能量输出的国内最大的高功率激光物理实验装置.激光脉宽分纳秒、100 ps、20 ps及皮秒4档可调.在不同脉宽条件下,有不同量级的激光能量输出,当物理实验要求激光脉宽为纳秒量级时,1ω激光能量输出大于4.8 kJ,2ω激光能量输出大于3.0 kJ,3ω激光能量输出大于2.0 kJ.在整个神光Ⅱ装置中共设置了68个激光能量测量网点,包括十项测量内容.在这些测量中,有的信息量很大,有的信息量很小,有的大光斑取样,有的小光束测量.为了适应神光Ⅱ装置激光能量测量的需要,在调研国内外有关资料的基础上,采用了热电堆焊接的新工艺、成对设计的差分结构、双层热屏蔽的隔离外壳等措施,使研制的体吸收激光能量计在灵敏度、均匀性、稳定性等方面都有大幅度提高,经中国计量院标定测试,其性能超过原设计指标要求,达到或超过美国阿波罗激光公司(Apollo Laser Inc.)制造的同类型激光能量计的水平,满足了神光Ⅱ装置多波长高功率激光能量测量的需要.(PG3)     

强激光设施能源系统电路的容差设计与分析

系统可靠性设计使用电路容差分析技术来保证电路特性获得稳定而可靠的输出，对于稳定性和可靠性要求高的系统进行容差分析尤其必要。能源系统作为惯性约束聚变(ICF)激光装置的重要组成部分，其可靠性直接关系到激光装置的稳定运行。能源系统电路的容差设计与分析，是激光装置可靠性设计分析必不可少的工作项目之一，对提高能源系统的可靠性进而保证整个激光装置的稳定运行具有重要意义。给出了能源系统电路设计图及其规定功能，然后在对容差设计模型进行一般性描述的基础上，利用随机优化设计方法，建立了能源系统电路容差设计随机优化模型，并对模型的设计变量、随机参数、设计准则、约束条件等进行了详细说明，最后给出了计算机仿真方法求解模型的流程及模型的可行解集。     

罗彻斯特和海军研究实验室开始直接驱动激光聚变实验

罗彻斯特和海军研究实验室开始直接驱动激光聚变实验二个惯性约束聚变新设施最近已开始运转。罗彻斯特大学激光能学实验室现正在运行的欧米伽升级装置在３５１ｎｍ波长处能产生高达４５ｋＪ（功率大于６０ＴＷ）能量，是世界最高功率的紫外激光装置．该装置的典型运转状态...     

OMEGA EP放大器

放大器和有关的功率调节装置是每个激光系统的基本组件。进行惯性约束聚变实验所需的能量比初始光束能量大许多。贯穿全系统放置多个放大器逐步增加每个光束的能量，直到其满足实验使用的要求。     

直接驱动激光聚变反应堆的设计和主要问题

介绍了直接辐照内爆氘氚燃料球激光聚变反应堆的基本设计。反应堆由激光二极管固体激光器驱动，４ＭＪ驱动能量产生的最大增益达１５０。驱动器运转重复率为１２ＨＺ。设计的反应堆由一个激光系统驱动器四个反应堆室，每个反应室以３ＨＺ重复率运转。第一壁由编织陶瓷纤维管导流流液态锂铅流构成，其作用是保护结构壁和增殖氚。以高效率、高重复率激光二极管泵浦固体激光器设计作为反应堆驱动器。     

激光点燃聚变之“火”

美国加州劳伦斯利弗莫尔实验室新建的“诺瓦”装置，是世界上功率最大的激光器。按计划应于1984年12月完工，耗资1．76亿美元。建造这台激光器的目的，是想在本世纪末证明使用激光引发聚变是可能的。