近日，第8屆慣性聚變科學(xué)與應(yīng)用國際會議(IFSA2013)在日本奈良召開。會議報道了激光聚變方面國際上的最新研究進展。
以Ed. Moses為代表的美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室研究團隊報告了他們的最新研究進展。在2008年11月到2013年6月4日這四年多時間里，NIF打靶的總發(fā)次達到了1288次。通過這些實驗，大大加強了對聚變物理的認識。2013年8月進行的最新實驗中，利用NIF裝置的1.7MJ的三倍頻激光能量獲得了3×10^15的中子產(chǎn)額，如果以能量計算，聚變反應(yīng)輸出能量約為8kJ。這表明在NIF上的激光聚變實驗已接近α粒子加熱(定義為中子產(chǎn)額翻倍)并接近實現(xiàn)激光聚變的科學(xué)意義上的得失相當(dāng)(scientific break-even，定義為聚變輸出能和聚變?nèi)剂系玫降哪芰恐龋茨壳癗IF上間接驅(qū)動聚變的實驗條件，科學(xué)意義上的得失相當(dāng)意味著聚變輸出能量約為10.3kJ)。在這一實驗中內(nèi)爆速度為310km/s，ρR=0.85g/cm2，他們計劃沿這一研究思路，實現(xiàn)內(nèi)爆速度380km/s，ρR=1 g/cm2。
圖一
同時，間接驅(qū)動物理診斷能力得到了極大提升。利用10keV X射線背光成像得到了赤道和軸向靶丸內(nèi)爆形狀。利用中子成像的能量分辨可將熱斑區(qū)域從整個燃料區(qū)分離開來。
其他研究包括為解決P2和P4不對稱性，提出了充氣和近真空兩種黑腔設(shè)計方案，其中短脈沖、近真空黑腔實驗取得了很好結(jié)果；為了使驅(qū)動激光脈沖縮短到5ns左右，考慮使用高密度金剛石(碳)燒蝕材料；橄欖形黑腔的設(shè)計逐漸成熟。
法國LMJ將追隨NIF的腳步進行核爆模擬研究。按照設(shè)計LMJ裝置將由 240路束線構(gòu)成，計劃先完成176路的安裝。LMJ裝置將提供3ns到25ns的三倍頻激光，激光總能量大于1.3MJ，總功率超過400TW。PETAL裝置建在LMJ附近，將與LMJ共同實驗。按照設(shè)計，PETAL裝置輸出脈寬為0.5~10ps的短脈沖激光光束，能量高達3kJ，靶面聚集功率可達10^20W/cm2。在7ps處的對比度達到10^-7。目前，LMJ裝置的所有激光組件和系統(tǒng)已經(jīng)通過檢驗，滿足設(shè)計要求，全部176路激光束線已經(jīng)完成安裝。大部分診斷設(shè)備也安裝到靶區(qū)。PETAL裝置的前端和壓縮部分已經(jīng)通過檢驗，放大器部分已經(jīng)完成安裝。LMJ計劃2014年開始用于實驗，PETAL計劃2016年開始用于實驗。
俄羅斯計劃于2020年建成兩倍頻2.8MJ，192路的激光裝置UFL-2M，用于直接驅(qū)動激光聚變研究。
羅徹斯特大學(xué)研究團隊介紹了其在直接驅(qū)動激光聚變方面的進展，指出直接驅(qū)動的4個主要挑戰(zhàn)為，內(nèi)爆速度、流體不穩(wěn)定性、對稱性(這是針對極驅(qū)動的)和高能電子的預(yù)加熱。
國際激光聚變能源研究得到加強，并逐漸形成共識。ED. Moses， C. Edwards，Azechi等對美國、歐盟、日本、俄國等的聚變能源計劃進行了介紹。
美國強調(diào)：作為美國能源長期研發(fā)計劃的一部分，建立慣性聚變能源研發(fā)計劃是十分必要的。
HiPPER希望(和LIFE等一起)架起連接點火和商業(yè)化聚變電站的橋梁。HiPPER是歐洲研究裝置戰(zhàn)略論壇(ESFRI， European Strategy Forum on Research Infrastructures)的一個計劃，目前HiPPER 計劃得到團隊建設(shè)(community building)方面的資助(STFC)，ESFRI能源委員會正在對HiPPER計劃進行評估。HiPPER已經(jīng)開始對聚變靶室的屏蔽和遙控、第一壁保護和相關(guān)材料、氚增殖、系統(tǒng)模擬等進行全方位研究。
日本重點進行以快點火方案為主的激光聚變研究，計劃于2020年利用FIREX-II實現(xiàn)點火燃燒，2030年實現(xiàn)電力輸出。這次會議上有多個報告強調(diào)其在已有金錐快點火方案基礎(chǔ)上的改進，即利用外加的強磁場來約束，引導(dǎo)超熱電子的傳輸，以更好地實現(xiàn)快點火。
在會議上，激光聚變的許多其他問題，如納秒、皮秒和飛秒激光器的建造，激光等離子體相互作物理的各個方面、各種診斷技術(shù)的發(fā)展，新的聚變方案等也得到廣泛討論。
2013年5月19~22日，由中科院上海光機所和美國國際光學(xué)工程協(xié)會(SPIE)聯(lián)合主辦的第二屆“環(huán)太激光損傷——高功率激光光學(xué)材料”專題研討會(2013 Pacifi-Rim Laser Damage-Optical Materials for High Power Laser)在上海嘉定舉行，參會人數(shù)較第一屆明顯增加。會議圍繞紫外-紅外高功率激光損傷，激光切割和加工，缺陷、污染、拋光和表面損傷，表征技術(shù)和測量方法，高損傷閾值薄膜，非線性激光晶體，激光陶瓷，光學(xué)玻璃與光纖等8個議題展開。本屆會議得到了參會代表的高度評價，為環(huán)太平洋地區(qū)乃至全世界范圍的相關(guān)科技領(lǐng)域科研人員開展學(xué)術(shù)交流提供了良好平臺，拓展了與國內(nèi)外知名科研單位的合作機會，進一步擴大了我國在高功率激光損傷與光學(xué)材料領(lǐng)域的國際影響力。
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