在神光Ⅱ升级装置上完成了国际上首次间接驱动快点火集成实验。实验采用双台阶脉冲整形激光注入黑腔产生X射线准等熵压缩锥壳靶,实现了高密度压缩,然后采用皮秒超短脉冲激光注入加热燃料。实验中观测到中子产额由皮秒激光注入前的5×103增加到2.2×105,中子产额增益达到44倍,实验证实了皮秒激光具有明显燃料加热效果。该实验为进一步开展快点火热斑形成效率和相关物理研究奠定了基础。

与中心点火相比, 快点火将压缩和点火过程分开, 大大放宽了对压缩对称性和驱动能量的要求。通过在神光Ⅱ激光装置上开展了快点火锥壳靶预压缩实验研究, 利用X射线背光分幅照相方法观察到了清晰完整的快点火锥壳靶内爆压缩过程, 并利用阿贝反演结合剩余烧蚀质量的方法得到了不同时刻燃料密度、面密度分布数据, 当前实验条件下获得的最大压缩密度和面密度分别为30 g/cm3和50 mg/cm2; 为解决金柱腔M带对导引锥的预热以及由此导致的燃料-锥体材料混合问题, 提出了一种在锥体表面镀低Z材料的方法, 实验和辐射流体数值模拟结果验证了该方法的有效性, 该方法的成功解决了间接驱动快点火激光聚变的重要关键技术问题。

针对相对论快电子束在高密度压缩芯区等离子体中的能量沉积过程开展物理建模、程序研制和数值模拟研究。从等离子体粒子碰撞的基本物理出发, 综合考虑了高能电子与背景等离子体之间的短程两体碰撞过程和长程集体效应, 建立了相对论Fokker-Planck动理学模型, 通过采用球谐展开的方法, 推导得到了适于数值求解的方程形式并根据方程特点开展相应的数值算法研究及程序研制并完成了物理考核, 对快点火能量沉积的典型物理算例进行了模拟研究, 并针对即将在神光Ⅱ升级装置上开展的快点火物理实验进行了初步的物理分析。

在惯性约束聚变(ICF)电子束快点火物理方案中, 需要超强拍瓦激光脉冲驱动MeV能量的强流电子束, 并沉积数十kJ能量到压缩氘氚芯区。强流电子束的束流品质是影响点火成功的关键因素之一, 为深入了解强流电子束产生物理过程, 研制成了三维高性能、适应上万CPU核规模的并行粒子模拟程序, 并开展了大规模数值模拟研究, 探索了强流电子束的产生机制和输运规律。回顾了近几年来快点火研究团队围绕强流电子束产生和控制开展的研究, 介绍了导致束流品质差的两大物理原因: 预等离子体效应和束流不稳定性磁场的随机散射。针对这两个物理原因, 提出了四种提高强流电子束品质的方法: (1)双层金锥靶减弱预等离子体的负面效应; (2)输运丝产生环向磁场准直强流电子束; (3)外加磁场导引强流电子束提高耦合效率; (4)抑制束流不稳定性以降低随机磁场对电子束流的散射。

用3维粒子模拟程序LARED-P研究了束-等离子体不稳定性, 不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量.对于10 MeV的单能电子束,束电子数目占总电子数目5%的情况下,最终约损失14%的束能量.推导了等离子体的色散关系,得出了增长率.

用二维多时标全电磁相对论粒子模拟程序对高强度超短脉冲激光对等离子体的真空加热机制进行了模拟研究,给出了合理的物理图像.