惯性约束聚变等离子体的光谱诊断（Ⅰ）

利用经过评估的原子结构和动力学参数,针对惯性约束聚变等离子体的局域和非局域热动平衡状态,计算了等离子体中的特征发射光谱,并分析其随等离子体温度密度变化的规律．研究发现离子特征谱线的共振线强度比值、伴线与共振线强度比值对等离子体温度变化很敏感,而特征谱线的线形函数对等离子体密度变化较敏感．这些性质可以用来诊断等离子体温度和密度状态．     

磁惯性约束聚变:通向聚变能源的新途径

磁约束聚变和惯性约束聚变是两种传统的聚变方式,磁约束聚变的能量增益已经达到得失相当,惯性约束聚变近年来也取得了突破性进展.但传统聚变方式的等离子体参数处于两个极端,相差11个量级,且它们的设施庞大,成本高昂,研发周期很长.磁惯性约束聚变兼具两种传统聚变方案的特点,其等离子体参数介于它们之间,同时由于其成本低廉,设施小型化,研发周期相对较短等优势,因此具有潜在的商业价值,近年来成为国际上比较活跃的研究领域.本文将详细介绍磁惯性约束聚变的特点以及该领域的最新进展.     

X射线在Au等离子体中的散射截面测量

阐述了X射线在等离子体中的散射截面研究的潜在价值及对惯性约束聚变 (ICF)研究的重要意义 ,介绍了神光Ⅱ装置上的实验方案及诊断设备靶场排布。给出了该项研究的实验结果 ,并对实验结果作了初步的分析 ;给出了实验误差的主要来源 ,从获得的结果表明有望发展一种新的等离子体状态参数诊断技术。     

快Z-箍缩——有前景的聚变能源新途径

简要介绍了快Z?箍缩的基本概念;综述了快Z?箍缩等离子体研究及其作为高能密度物理与惯性约束聚变（ICF）,尤其作为低成本聚变能源研究的最新进展;探讨了快Z?箍缩驱动ICF作为聚变能源可能遇到的技术问题及应用前景。     

基于神光Ⅲ装置的光学诊断系统介绍

光学诊断系统在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)研究中具有重要的作用,可以较为直观地诊断聚变过程中的一些关键物理量和参数.本文介绍了神光Ⅲ原型和主机装置上配备的比较典型的三种光学诊断系统,包括成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)、惯性约束聚变反应速率测量系统以及背向散射光测量系统.VISAR可用于测量自由面速度和透明介质中的冲击波速度,是冲击波调速、材料压缩特性以及辐射测温研究的重要诊断技术;惯性约束聚变反应速率测量系统用于测量聚变反应的时间演化过程,是研究内爆动力学、理解混合效应的关键诊断技术;背向散射测量系统用于测量激光等离子体相互作用引起的背向散射光份额,为惯性约束物理实验激光能量与靶耦合效率参数提供了重要的数据支撑.     

用平均原子模型计算钠等离子体的吸收系数

由于辐射吸收系数是决定辐射在物质中传播情况的一个重要物理量 ,因而很早就引起了科学家们的关注 .最初 ,吸收系统的研究主要局限于天体方面 .到 2 0世纪 6 0年代 ,由于激光的问世 ,在实验室里能产生热密等离子体 ,现已扩展到多种领域 ,比如Ｘ光激光、惯性约束聚变等研究 尽管计算热密等离子体的吸收系数非常重要 ,但人们至今仍无法对其精确计算[1] ,这是因为在很多种等离子体中辐射能级间的跃迁线数多达数亿 ,为此人们尝试着各种近似方法 .由于Ｎａ常被用作示踪元素而被引入强激光产生的等离子体中 ,以达到诊断激光等离子体状态的目的 ,…     

“东方超环”创两项世界纪录

正本刊讯近日,被称为"人造太阳"实验装置的东方超环(EAST)超导托卡马克2012年物理实验顺利结束,创造了两项托卡马克运行的世界纪录:获得超过400秒的2000万度高参数偏滤器等离子体;获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电,标志着我国在稳态高约束等离子体研究方面走在世界前列。高参数、高约束模式偏滤器等离子体是未来聚变托卡马克放电的最基本运行方式。     

利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子

随着超强脉冲激光技术的不断发鼹,利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子的研究,在激光惯性约束中的“快点火”,医学中的射线治疗和台式激光加速器等领域广泛应用．木文用二维粒子模拟方法研究了超强短波脉冲激光与平扳等离子体薄靶相互作用中产生的超热电子．以研究结果表明,在平板等离子体薄靶后表面所产生的超热电子,角分布较小,定向性好,能获得很高的能量。     

准直准单能靶面电子加速实验研究

实验上使用大能量、亚ps激光脉冲大角度入射固体靶,获得了沿靶面方向定向传播、发散角仅有2°、峰值能量为3–4 Me V的准直、准单能电子束.实验发现激光对比度对靶面电子束的产生起到了至关重要的作用,最佳的对比度为5×10-6.在此最优化条件下,通过背向散射光谱分析发现,共振吸收激发的等离子体波加速可能是电子的主要加速机制.探针光阴影成像及等离子体自发光的精细结构显示,预脉冲与固体靶相互作用中产生了尺度100μm左右的过临界密度预等离子体.这种等离子体的作用类似于等离子体反射镜,使得激光脉冲被限制在预等离子体区与靶面之间,因而最终造成了电子束沿靶面方向的导引.这种靶面电子束因其合适的能量范围、高度的准直性及沿靶面方向定向传播的特性有望在惯性约束聚变尤其是锥靶快点火中得到应用.     

间接驱动惯性约束聚变中的激光等离子体不稳定性

间接驱动惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)中,激光能量除了通过逆轫致机制被吸收和传输,还会激发各种参量不稳定性(受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)、双等离子体衰变(Two-Plasmon Decay,TPD)等),大幅降低激光-靶丸耦合效率并破坏辐射场对称性.因此,激光等离子体不稳定性是实现聚变点火的最大风险之一,研究、理解和抑制以SBS和SRS为主的激光等离子体不稳定性一直在激光聚变研究中占有重要地位.本文从激光(L)、等离子体(P)和不稳定性机制(Ⅰ)这三个方面介绍了激光间接驱动ICF框架下理解和抑制激光等离子体不稳定性(Laser Plasma Instability,LPI)的研究进展和机遇.     

我国磁约束聚变研究进展和展望

我国磁约束聚变近年来在工程技术发展和物理研究方面都取得了一些重要进展,一些研究已与未来聚变反应堆所涉及的重大前沿课题密切相关。随着HL-2A装置的不断完善和国际上第一个非圆截面全超导托卡马克EAST的投入运行,以及中国加入国际热核实验反应堆计划,为中国聚变事业带来了前所未有的发展机遇。     

用于ICF实验的SiC薄膜的制备及性能

以四甲基硅烷作为单一反应前驱体气源,采用等离子体增强化学气相沉积法在Si晶片(100)上生长SiC薄膜,研究了电极距离对薄膜微观结构和性能的影响。结果表明：在实验设定的5～9 cm电极距离下所制备的薄膜成分以SiC键为主,具有极低的表面粗糙度(1.30～2.44 nm)和较高的硬度与弹性模量比(H/E值为0.134～0.154);电极距离越短,薄膜的密度越高。实验结果为SiC薄膜在惯性约束聚变实验中的应用奠定了基础。     

面向磁约束聚变实验的先进中子发射谱仪诊断的研究

本文评述了EAST和HL－2A托卡马克装置上开展的聚变发射中子谱仪研究的进展．面向等离子体物理研究和ITER装置中子诊断技术发展的最新需求,针对EAST和HL-2A托卡马克装置的低中子产额（10^9-10^11s^-1）场,设计和发展了全数字化的液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪．进行了EAST和HL-2A放电实验聚变中子产额随时间演化规律的研究,开展了HL-2A装置上NBI辅助加热效果的评估和EAST聚变等离子体锯齿震荡的中子通量诊断．使用液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪测量实现了EAST放电的芯部聚变离子温度诊断,首次将托卡马克装置实验中子能谱直接诊断离子温度的下限推到1keV以下．在EAST装置上建设的双环式球形阵列中子飞行时间谱仪将为托卡马克装置辅助加热和快离子物理研究打下坚实的基础．     

重离子惯性约束核聚变的研究近况

一、概述自１９７７年在布洛克海文国立实验室召开世界首次重离子聚变（惯性约束聚变）研讨会［１］以来 ,这一重要课题已引起各国和我国学术界的重视［２］,先后已召开过十次国际大型会议进行交流探讨。由于德国建立了世界上最先进的重离子加速器和电子冷却束流存贮环 ,所以国际上研究的重点已从美国移到德国。德国重离子研究所（ＧＳＩ）的玻克教授［３］（Ｐｒｏｆ．Ｒ．Ｂｏｃｋ）成为该项目首席科学顾问之一。惯性约束聚变的实现方案有两种 :一种是用强流、中能重离子束流 ;另一种是激光炮束。总的说来 ,由于起动经费较低 ,所以搞激光…     

MCNP在惯性约束聚变核探测中的初步应用

随着惯性约束聚变的发展,对聚变产物特别是中子探测的定量分析变得非常重要。采用三维Monte Carlo输运程序MCNP(Monte Carlo N-particle),对不同铅屏蔽厚度下探测器的DT中子相对灵敏度,和中子半影成像的数值模拟进行了一定的研究。结果显示,相对灵敏度的模拟与实验结果符合得很好,而中子成像模拟能为惯性约束聚变物理实验的开展提供指导。     

激光惯性约束核聚变历程回眸

惯性约束核聚变是获取聚变能的一种可能途径,随着更大型激光驱动器的建成,正在探索点火点附近的各种物理过程和实现点火的方式,以期未来可以实现真正的聚变点火,同时大型激光驱动器也推动了高能密度物理研究的发展,实验结果表明,当前惯性约束核聚变研究正处于困难和机遇共存的阶段,本文对惯性约束核聚变以及大型激光驱动器的发展历程进行回顾,并对实验的结果进行简单综述。     

钨在等离子体破裂时的表面损伤

在托卡马克类型的聚变装置中,面向等离子体材料在等离子体破裂过程中要承受剧烈的热负荷,这会使得面向等离子体材料表面受到严重的损伤。实验中将纯钨样品放入HT-7托卡马克的刮削层中,以研究等离子体与纯钨表面的作用。实验后发现样品表面产生了等离子体冲击痕和熔化斑痕。     

强激光技术和ICF驱动器研讨会召开

强激光技术和ＩＣＦ驱动器研讨会召开５月１０日至１２日，由中国光学学会激光专业委员会、国家高技术激光委员会、惯性约束聚变（ＩＣＦ）委员会在我校联合召开了“强激光和ＩＣＦ驱动器研讨会”．与会代表中有王大珩等１２位中国科学院院士和工程院院士．会上，惯性约束...     

Ar等离子体清洗Cu箔靶的实验研究

极薄的铜箔是惯性约束聚变中常用的靶材之一,要求密度达到晶体理论密度、表面洁净、粗糙度低、润湿性好,用常规方法清洗厚度在2 μm及以下的铜箔,难以达到要求.本实验采用Ar等离子体清洗2μm厚的铜箔,比较研究了Ar等离子清洗和常规清洗的不同,且对不同条件下清洗铜箔的表面性质进行研究.实验结果表明,常规有机溶剂清洗的铜箔,表面有微量的油污残留,暴露在空气中易氧化,经Ar等离子体清洗的铜箔,表面洁净、暴露在空气中不易氧化,Ar等离子体清洗-0～20 min,表面性质最佳,清洗彻底,润湿角明显减小(减小近20°),表面自由能增大(增大18.5%)、表面光洁度满足制靶要求.     

EAST全超导托卡马克高约束稳态运行实验研究进展

开发安全、清洁的核聚变能,最终解决人类能源危机是聚变科学与技术研究的终极目标. 21世纪初启动建设的国际热核聚变实验堆(ITER)项目,促使聚变能开发朝商业应用迈进了一大步.具有ITER类似结构的托卡马克(Tokamak)磁约束聚变装置开展的等离子体放电实验,成为了现阶段聚变能开发研究的焦点.中国科学院等离子体物理研究所自主设计、建造的全超导托卡马克EAST,面向未来聚变反应堆关键的工程与物理问题开展了大量的探索研究.其中,在关于聚变反应堆能否经济实用地投入商用发电的高约束稳态运行实验研究方面,取得了一系列重大突破.继2012年实现400 s低约束模长脉冲运行、验证系统长脉冲运行能力之后, 2017年EAST又刷新了高约束模等离子体放电运行时间的世界纪录,成为首个具备100 s量级高约束模准稳态运行能力的托卡马克装置,并且首次触及到了磁约束聚变等离子体中最长的时间尺度——粒子平衡时间.为面向反应堆燃烧等离子体第一壁高热负荷承载,高约束边界局域模抑制以及长时间稳态运行控制的工程与物理问题的开拓研究,提供了国际磁约束聚变界最好的实验平台.现已在EAST上开展了钨铜水冷偏滤器、锂化第一壁、射频波电流驱动、弹丸注入、精确磁面位形控制、边界局域模和高热负荷缓解等一系列相关实验,并取得了重要的研究进展.