Fast heating scalable to laser fusion ignition

Rapid heating of a compressed fusion fuel by a short-duration laser pulse is a promising route to generating energy by nuclear fusion, and has been demonstrated on an experimental scale using a novel fast-ignitor geometry. Here we describe a refinement of this system in which a much more powerful, pulsed petawatt (10(15) watts) laser creates a fast-heated core plasma that is scalable to full-scale ignition, significantly increasing the number of fusion events while still maintaining high heating efficiency at these substantially higher laser energies. Our findings bring us a step closer to realizing the production of relatively inexpensive, full-scale fast-ignition laser facilities.     

我国激光惯性约束聚变实验研究进展

介绍国内自2000年以来的激光惯性聚变（inertial confrnementfusion,ICF）实验研究进展,主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验,也对刚建成不久的神光III原型装置上的实验作简要介绍。在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究,进行了系列综合和分解实验,获得的主要实验技术指标为：黑腔峰值辐射温度超过二百万度;辐射驱动DT聚变中子产额达10^8和辐射驱动压缩DD燃料密度超过10倍液氘密度;辐射不透明的样品温度接近100eV。在神光Ⅱ装置上得到这些结果表明国内在惯性约束聚变研究方面取得了显著的进步。随着神光Ⅲ原型装置建造的完成,2007年在该装置上进行了首轮物理实验,开展了黑腔物理和辐射内爆物理实验,首轮实验的成功说明神光Ⅲ原型装置已具备实验能力。     

激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究

激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部三维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.     

结合随机投影和稀疏表示的图像融合方法

引入压缩感知理论解决基于稀疏表示的图像融合方法中融合质量和数据压缩问题,探索在达到一定融合质量的同时降低融合所需计算代价的方法.该方法首先利用随机投影对待融合图像数据进行压缩,再对压缩数据进行稀疏表示得到稀疏系数,根据融合影响因子确定融合稀疏表示系数获得融合图像.实验验证了该算法的合理性和有效性,及在较低压缩比下具有与传统方法可比拟的融合质量.     

Single mimivirus particles intercepted and imaged with an X-ray laser

X-ray lasers offer new capabilities in understanding the structure of biological systems, complex materials and matter under extreme conditions. Very short and extremely bright, coherent X-ray pulses can be used to outrun key damage processes and obtain a single diffraction pattern from a large macromolecule, a virus or a cell before the sample explodes and turns into plasma. The continuous diffraction pattern of non-crystalline objects permits oversampling and direct phase retrieval. Here we show that high-quality diffraction data can be obtained with a single X-ray pulse from a non-crystalline biological sample, a single mimivirus particle, which was injected into the pulsed beam of a hard-X-ray free-electron laser, the Linac Coherent Light Source. Calculations indicate that the energy deposited into the virus by the pulse heated the particle to over 100,000?K after the pulse had left the sample. The reconstructed exit wavefront (image) yielded 32-nm full-period resolution in a single exposure and showed no measurable damage. The reconstruction indicates inhomogeneous arrangement of dense material inside the virion. We expect that significantly higher resolutions will be achieved in such experiments with shorter and brighter photon pulses focused to a smaller area. The resolution in such experiments can be further extended for samples available in multiple identical copies.     

Coherent control of optical information with matter wave dynamics

In recent years, significant progress has been achieved in manipulating matter with light, and light with matter. Resonant laser fields interacting with cold, dense atom clouds provide a particularly rich system. Such light fields interact strongly with the internal electrons of the atoms, and couple directly to external atomic motion through recoil momenta imparted when photons are absorbed and emitted. Ultraslow light propagation in Bose-Einstein condensates represents an extreme example of resonant light manipulation using cold atoms. Here we demonstrate that a slow light pulse can be stopped and stored in one Bose-Einstein condensate and subsequently revived from a totally different condensate, 160 mum away; information is transferred through conversion of the optical pulse into a travelling matter wave. In the presence of an optical coupling field, a probe laser pulse is first injected into one of the condensates where it is spatially compressed to a length much shorter than the coherent extent of the condensate. The coupling field is then turned off, leaving the atoms in the first condensate in quantum superposition states that comprise a stationary component and a recoiling component in a different internal state. The amplitude and phase of the spatially localized light pulse are imprinted on the recoiling part of the wavefunction, which moves towards the second condensate. When this 'messenger' atom pulse is embedded in the second condensate, the system is re-illuminated with the coupling laser. The probe light is driven back on and the messenger pulse is coherently added to the matter field of the second condensate by way of slow-light-mediated atomic matter-wave amplification. The revived light pulse records the relative amplitude and phase between the recoiling atomic imprint and the revival condensate. Our results provide a dramatic demonstration of coherent optical information processing with matter wave dynamics. Such quantum control may find application in quantum information processing and wavefunction sculpting.     

一种自适应滤波分形图像压缩方法

在基本分形图像压缩方法的基础上，结合DCT提出了一种自适应滤波分形图像压缩方法，该方法根据图像的能量分布调整滤波器，能有效地减少图像的整体匹配误差，提高信噪比．实验表明，该方法在保持图像质量和提高压缩速度上均有很好的效果．     

连续加热炉运行状态非线性融合分析

利用加热炉测控系统取得的实时测量数据和炉内钢坯温度预报模型，通过网络信息融合方法，对连续加热炉的运行工况进行综合分析，其分析结果对在优化加热炉运行参数具有重要参考作用，此分析方法对类似的设备和生产线有较普遍的参考价值。     

基于等温活塞换热的空气压缩方法

考虑到使用绝热压缩进行压缩空气储能系统过程中,大量的电力转为热量被耗散,提出了一种利用等温活塞吸收压缩空气中的热量,并把热量排出到缸体底部的液体中的方法,建立了等温活塞传热的无因次化数学模型.提出了影响等温活塞换热的量纲一系数K_a和X_u,分析了量纲一系数对等温活塞压缩系统的影响.采用泡沫铝作为构成等温活塞的材料进行了实例计算,结果表明压缩比为7、转速为1 200 r/min时,压缩效率可提高11%.      

在相对论性激光-等离子体系统中模拟激光参数对等离子弧柱形态的影响

基于相对论性激光-等离子体动力学理论和PIC方法建立了激光入射等离子弧柱的模型,该模型描述了激光入射等离子弧后粒子的运动,并模拟了弧柱形态的变化。通过改变激光的平均功率、脉冲宽度以及重复频率,模拟等离子弧柱形态变化,得到的激光参数对等离子弧柱形态的影响规律。通过控制弧柱的直径可以提高材料的熔积性能。计算结果表明增大激光平均功率、脉冲宽度,可以更深地压缩等离子弧;但是,重复频率的影响则会出现波动现象。激光等离子复合加工更适合于精细加工。     

采用分步傅立叶方法初始啁啾脉冲的孤子效应压缩

采用分步傅立方法数值模拟皮秒脉总冲在单模光纤中的传输,计算和分析了初始啁啾以坡秒脉冲的孤子效应压缩的影响。通过分析脉冲压缩比,最佳光纤长度,压缩后手脉冲峰值功率和脉冲压缩质量的变化,发现采用增大初始啁啾的办法,可以使皮秒脉冲得到更好的压缩。     

基于二值化与样条插值的文字图片压缩方法

研究文字图片的高效压缩算法.基于图像二值化、数据欠采样以及样条插值方法相结合的思想,提出了一种文字类图片的有效压缩算法.该方法具有计算简单、运算量少、图像高保真等特点.试验表明,在高保真的前提下其压缩比高达110倍以上.     

电阻直接加热锻造成形工艺方法及试验

针对传统锻造工艺流程长,能源消耗大的缺点,提出了一种采用电阻直接加热技术的新型热锻成形系统。采用该系统对42CrMo4棒料进行了热镦粗实验,研究了预接触压力、工件表面质量、电流对工件加热及成形过程的影响,为电阻直接加热模锻成形提供了指导。试验结果表明：1)采用该方法可以在短时间内将工件在模具中加热到成形温度;2)小的初始接触压力有助于提高工件的加热温度;3)在初始接触压力不变情况下,工件的加热温度与电流强度的平方成正比;4)模具与工件接触面质量对加热温度有重要的影响;5)在成形过程中采用恒定电流强度的电阻加热有效地降低了工件的冷却速度,使成形时间延长30%。     

Soliton pulse compression through cascaded quadratic nonlinearity in difference-frequency generation

Cascaded nonlinearity based soliton pulse compression in the process of femtosecond difference frequency generation is studied theoretically. A set of simplified coupled wave equations under the conditions of large phase mismatch and matched group velocities is obtained, which reveals the physical mechanism of soliton compression in this process. Numerical simulations demonstrate that in the presence of group velocity dispersion and equivalent cross phase modulation, both the pump and the signal pulses can be compressed with a high compression ratio.     

秸秆二次压缩中的比能耗试验

农业纤维物料在二次压缩过程中的比能耗受物料本身特性和压缩条件的影响.为探究不同因素对农业纤维物料二次压缩比能耗的影响,对秸秆捆在不同的压缩方向、初始压缩密度和含水率条件下进行压缩试验和分析.结果表明:不同压缩方向对压缩比能耗没有显著影响;对应相同的压缩量,存在最适宜初始压缩密度使得压缩比能耗达到最小值;当压缩密度小于500 kg·m-3时,压缩比能耗和压缩密度具有正比例关系;在安全含水率范围内,压缩比能耗随含水率的增大而减小.     

可实现特殊激光微加工工艺的控制系统

以发动机气缸内表面作为激光微加工对象,基于半导体二极管泵浦YAG激光器的声光调Q技术,研制出可满足特殊激光微加工工艺要求的激光微加工设备控制系统.通过对运动控制卡MC8041A及自制的激光调Q控制卡的软件编程,实现对设备机械运动系统以及激光调Q信号输出的控制.运动控制卡控制各轴伺服电动机运转;激光调Q控制卡接收安装在旋转轴上的高精度增量式旋转编码器的反馈脉冲,对其进行计数、分频后,输出所需激光调Q信号.借助于激光调Q控制卡对激光头旋转运动和激光器单个激光脉冲输出的协调联动控制,形成单脉冲同点间隔多次激光微加工工艺,实现对发动机气缸内表面高效、高质量的微加工.     

色散缓变光纤中预啁啾皮秒脉冲的孤子效应压缩

在色散缓变光纤中，采用群速色散参量以指数方式衰减的理论模型，用分步傅立叶方法数值模拟皮秒脉冲在色散缓变单模光纤中的传输，计算和分析了预啁啾对色散缓变光纤中皮秒脉冲的孤子效应压缩的影响．通过分析脉冲压缩比，最佳光纤长度，压缩后的脉冲峰值功率和脉冲压缩质量的变化，发现加入预啁啾，可以使皮秒脉冲得到更好的压缩．     

微波炉加热圆柱形食物的温度分布

微波热效应的发现带来了厨房革命,微波能因其作用的整体性特点成为高效热源,微波炉成为食品的重要加工设备。但是微波加热的食物产品常因受热不匀出现质量问题,并导致能源和物质资源的浪费。为了找出微波能作用饼形食物形成的温度分布规律,介绍了微波加热的原理和特性,分析了微波能在食物中的作用过程,由能量守恒及转化定律,推导出了圆柱形食物的温度分布计算式,并用MATLAB软件进行数值计算得到其分布规律。     

强激光作用下单晶硅的热畸变特性研究

高功率激光已经广泛应用于核聚变、激光加工、激光化学以及材料处理等领域.在强激光的辐照下,由于大量光子进入材料体内被吸收,局部蓄热,因而形成较大的温度场梯度.考虑到有限厚介质的表面热对流,利用格林函数方法理论计算了硅基板的三维温度分布和热变形,给出了硅基板温度分布和热变形跟基片半径和厚度的关系表示式以及关系曲线图.计算结果表明:温升不仅与介质的吸收系数密切相关,而且与对流换热系数有关.在激光照射的初始阶段,基片热变形量迅速增加;其后,随着激光照射时间的增加,热变形增加量逐步变缓.