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惯性约束聚变物理与技术
利用超快电子探针诊断受激拉曼散射静电波的数值模拟
下载:502次
蓝梓月
潘凯强
杨冬
李志超
[ ... ]
江少恩
*
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
利用二维粒子模拟程序EPOCH验证了超快电子束探针诊断受激拉曼散射产生的静电波的可行性。结果表明,电子束探针穿过静电波电场后会在电子束探针的横向上产生密度调制,密度调制呈周期性分布且沿静电波的传播方向移动,密度调制的波数对应静电波的波数且移动速度对应静电波的相速度,因此特定条件下可用于反推电子的温度、密度等信息。在诊断静电波的过程中,电子束探针的束长必须小于静电波的波长或者诊断设备的曝光时间必须小于静电波的周期。本研究提供了一种新型的直接诊断静电波和电子温度、密度的方法,对于推动受激拉曼散射等激光等离子体不稳定性的实验研究具有重要意义。
惯性约束聚变
受激拉曼散射
粒子模拟
超快电子探针
激光等离子体诊断
inertial confinement fusion
stimulated Raman scattering
particle simulation
ultrafast electron probe
laser plasma diagnosis
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2021, 33(11): 112001
惯性约束聚变物理与技术
激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展
下载:1180次
王立锋
1,2
叶文华
1,2
陈竹
1
李永升
1
[ ... ]
贺贤土
1,2
作者单位
摘要
1
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094
2
北京大学 应用物理与技术研究中心 高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室工学院,北京 100871
3
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
4
中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所,上海 201800
5
中国矿业大学(北京),北京 100083
6
中国海洋大学 数学科学学院,山东 青岛 266100
7
安徽大学 物理与材料科学学院,合肥 230039
激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍(属于内禀困难)是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象(如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸)中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置(NIF)内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。
激光聚变
惯性约束聚变
流体力学不稳定性
高能量密度物理
非线性流动
辐射流体力学
内爆物理
laser fusion
inertial confinement fusion
hydrodynamic instability
high-energy-density physics
nonlinear flow
radiation hydrodynamics
implosion physics
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2021, 33(1): 012001
惯性约束聚变物理与技术
受激散射过程理论模型的发展与应用
下载:561次
龚韬
1
郝亮
2
李志超
1
刘占军
2
[ ... ]
丁永坤
2,*
作者单位
摘要
1
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088
3
中国科学技术大学 工程与应用物理系,合肥 230026
在激光间接驱动的惯性约束聚变(ICF)中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程:受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散射的物理过程并找到抑制其发展的有效方法,是ICF研究中重点关注的问题。介绍了中国激光聚变研究团队为研究受激散射过程而发展的多个理论模型,以及这些模型在实验数据分析中的具体应用。这些理论模型与实验研究一起,为提升受激散射过程的物理理解发挥了重要作用。
激光聚变
受激布里渊散射
受激拉曼散射
理论模型
laser fusion
stimulated Brillouin scattering
stimulated Raman scattering
theoretical models
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2021, 33(1): 012007
惯性约束聚变物理与技术
激光惯性约束聚变研究中高时空诊断技术研究进展
下载:821次
王峰
张兴
理玉龙
陈伯伦
[ ... ]
张保汉
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
对国内激光惯性约束聚变(ICF)领域高时空分辨技术的最新进展进行了比较全面的介绍。针对热斑诊断时间分辨优于10 ps、空间分辨优于10 μm、能区10~30 keV的需求,从光学、X射线、核诊断和计算成像几个角度,比较系统地介绍了最新的进展。光学领域主要介绍基于泵浦探测技术的全光扫描和全光分幅技术。全光扫描技术的时间分辨可以达到200 fs,全光分幅的时间分辨可以达到5 ps,空间分辨可以达到5 μm。该系统的主要部件为光学器件,在ICF未来的强电磁、强电离环境下有很好的应用前景。X射线系统主要介绍最近几年发展的高分辨KB显微镜,其采用STTS构型,可将空间分辨提高到3 μm,满足当前高分辨的需求。漂移管技术的时间分辨可以达到10 ps,作为一种正在发展的技术,对此进行了较为全面的分析。中子成像系统主要介绍了高空间分辨的记录系统以及对应的瞄准技术的进展,其空间分辨可以达到20~25 μm。计算成像作为一个全新的分支,最近引起了ICF领域的广泛关注。着重介绍了三维光场技术和在高时空分辨领域有很好应用前景的压缩感知超快成像(CUP)技术,对其可能在ICF领域中的应用提出了设想。
惯性约束聚变
高时空分辨
诊断
全光分幅技术
X射线诊断
电子成像技术
inertial confinement fusion
high time- and space-resolution
diagnostic
all-optical framing
X-ray diagnostic
electronic imaging technology
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2020, 32(11): 112002
惯性约束聚变物理与技术
惯性约束聚变X射线晶体衍射研究及最新进展
下载:623次
孙奥
1
尚万里
1
杨国洪
1
韦敏习
1
[ ... ]
丁永坤
3
作者单位
摘要
1
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2
重庆邮电大学 光电工程学院,重庆 400065
3
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094
介绍了惯性约束聚变研究中X射线线谱诊断与各物理量之间关系,并对X射线晶体谱仪诊断方式及诊断原理进行了简要说明。针对不同类型诊断,介绍了常用不同类型衍射晶体的作用与原理。此外,介绍了最近开展的一种新型变锥面弯晶X射线诊断方法研究,此方法拥有高集光效率的同时,保证了后端接收装置的精巧耦合,减小了像差。以变锥面弯晶衍射特性研究为出发点,开发了一个X射线任意面型晶体衍射追迹仿真软件X-Chase,并以国内某大型激光装置类H、类He线的变锥面晶体诊断为例进行了计算演示,数值模拟结果显示了变锥面晶体具有很好的聚焦效果。
X射线线谱
X射线衍射
数值模拟
惯性约束聚变
X-ray line emission
X-ray diffraction
numerical simulation
inertial confinement fusion
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2020, 32(11): 112008
惯性约束聚变物理与技术
激光聚变领域高性能条纹相机研究现状与展望
下载:604次
胡昕
1
李晋
1
刘慎业
1
张昆林
2
[ ... ]
张兴
1
作者单位
摘要
1
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2
北方夜视技术股份有限公司,昆明 650217
3
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088
条纹相机(包括X射线条纹相机和可见光光学条纹相机)是一种高时空分辨的诊断设备,在激光惯性约束聚变(ICF)物理实验研究中具有非常重要的应用。介绍了当今国内外激光聚变领域获得广泛应用的两种主要类型条纹相机的技术性能以及各自的技术特点,它们分别采用了同轴电极双聚焦电子光学扫描变像管和双板电极电子光学扫描管。在技术指标方面,重点论述了条纹相机动态范围的判据,分析了激光聚变实验对条纹相机动态范围的需求,介绍了当今国际上高性能条纹相机动态范围指标的现状。文章也介绍了和条纹相机发展应用相关的几项重要技术进展,这些进展包括先进光时标、抗辐射加固记录系统和抑制相机背景噪声的阴极选通技术。
激光聚变
条纹相机
扫描管
抗辐射加固
CMOS器件
阴极选通
laser fusion
streak camera
streak tube
radiation tolerant
CMOS device
gated cathode
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2020, 32(11): 112005
惯性约束聚变物理与技术
激光聚变极端环境下X光高速摄影技术研究进展
下载:616次
曹柱荣
1
王强强
1
邓博
1
陈韬
1
[ ... ]
张维岩
5
作者单位
摘要
1
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
3
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所,四川 绵阳 621900
4
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094
5
中国工程物理研究院,四川 绵阳 621900
在激光惯性约束聚变(ICF)研究中,通过X光高速摄影获取的图像数据能够反映等离子体中由于做功和能量输运导致的流体状态的时空演化信息,与之相关的诊断技术与工程研究一直以来都是ICF诊断能力建设的重要组成部分。介绍了作为我国ICF工程的主要实施单位之一,中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在X光高速摄影技术研究方面取得重要进展,包括:(1)面向神光系列激光装置,开发了系列工程化的100 ps曝光高速摄影相机,整体达到国际先进水平,并在高灵敏探测、透射式带通滤波和结构小型化等方面形成中国特色;(2)提出微扫描门控、同视扫描分幅等10 ps曝光X光高速摄影新技术,为突破时间分辨瓶颈做出有益尝试;(3)在国内率先开展抗辐射加固高速摄影相机理论设计、技术验证与工程设计;(4)针对激光聚变靶碎片对设备安全的威胁,在国内首次开展靶碎片的理论建模与仿真研究,并开展首次验证实验,取得重要进展。
惯性约束聚变
X光分幅相机
高速摄影技术
抗辐射加固
靶碎片
inertial confinement fusion
X-ray framing camera
high-speed photography technology
radiation protection
target debris
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2020, 32(11): 112004
光电测量
高次谐波份额测量滤片法及其应用
孙奥
杜华冰
*
侯立飞
尚万里
[ ... ]
杨家敏
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
惯性约束聚变实验对数据测量精度有着很高的要求,诊断设备需要向绝对测量的方向发展,对标定提出了很高的要求。北京同步辐射装置(BSRF)提供了良好的标定光源,其光源特性,如高次谐波份额的数值研究,对标定工作和ICF精密诊断十分重要。通过测量BSRF上4B7B光束线的软X射线源上带有或不带有滤片的标准探测器的电流,研究了不同滤片对单色X射线的透射率曲线,并建立了拟合的理论透射率曲线。根据数据分析,计算出单色光源中二次谐波的比例。实验结果显示,二次谐波在软X射线能段主要集中在180~300 eV以及450~800 eV,所占份额大部分在15%以下,最大可达到25%左右。利用测量的高次谐波份额,开展了对平响应滤片透过率以及X射线二极管灵敏度的修正工作,修正后的结果和理论相符,极大地提高了诊断设备精密诊断能力。完整的理论模型和实验相互验证,说明基于滤片的高次谐波份额测量技术目前已经成熟并且具有广阔的应用前景。
惯性约束聚变
同步辐射
标定
高次谐波
inertial confinement fusion
synchronous radiation
calibration
high-order harmonics
PDF全文
Full Text
红外与激光工程
2020, 49(8): 20200072
惯性约束聚变物理与技术
万焦耳激光装置上多热力学路径高压加载技术实验研究
王哲斌
1
段晓溪
1
张琛
1
薛全喜
2
[ ... ]
丁永坤
3
作者单位
摘要
1
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2
西北核技术研究院 激光与物质相互作用国家重点实验室,西安 710024
3
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088
针对极端高压条件物质特性研究需求,在我国万焦耳激光装置上利用其高能量、高功率、任意整形长脉冲输出的技术优势先后开展了冲击压缩、准等熵压缩以及“预冲击准等熵压缩”复合热力学路径压缩等多种热力学路径的高压加载技术研究,建立了实用的高压加载设计方法,重点优化了高压加载源的平面性和干净性,发展了高压状态精密表征技术,实现了10
11
Pa以上准等熵,10
12
Pa以上冲击以及两种路径之间的宽区高压加载状态能力,为激光装置上的高压状态方程及相变动力学研究提供了重要的技术基础。
冲击压缩
准等熵压缩
整形激光
极端高压物性
shock compression
quasi-isentropic compression
laser pulse shaping
material properties under extremely high pressure
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2020, 32(9): 092008
惯性约束聚变物理与技术
激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展
下载:719次
李志超
1
赵航
1
龚韬
1
李欣
2
[ ... ]
丁永坤
2,*
作者单位
摘要
1
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088
3
中国科学技术大学 工程与应用物理系,合肥 230026
当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。
激光惯性约束聚变
光学汤姆逊散射
等离子体状态参数
激光等离子体不稳定性
laser-driven inertial confinement fusion
optical Thomson scattering
plasma parameter
laser plasma instability
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2020, 32(9): 092004
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