“神光Ⅱ”升级装置物理实验取得重要成果
时间 : 2020-05-14     

近日,中国科学院上海光学精密机械研究所“神光Ⅱ”升级(SGⅡU)高功率激光物理综合实验平台上开展的快点火集成实验取得了重大突破, 相关成果以“Enhanced energy coupling for indirect-drive fast-ignitionfusion targets”为题发表于《自然-物理》(Nature Physics)。该研究成果由中国工程物理研究院激光聚变研究中心、北京应用物理与计算数学研究所、中物院研究生院、国防科技大学、北京大学、深圳技术大学和中科院上海光机所联合组成的激光聚变研究团队共同完成,开展的间接驱动高增益激光聚变快点火实验获得了国际较高水平的内爆中子产额。    

“神光Ⅱ”升级装置作为我国首个支持激光惯性约束聚变(ICF)快点火研究的物理实验平台,经过近十年的技术攻关,于2016年进入试运行阶段,2017年圆满完成综合性能验收,进入正式运行。该装置由八路万焦耳级纳秒激光束线和一路千焦耳级皮秒激光束线组成。纳秒万焦耳激光束具有脉冲任意整形、焦斑匀滑等全域精密调控能力。皮秒短脉冲激光束具有焦斑<25μm,聚焦功率密度>1019W/cm2,信噪比>108,脉宽在0.5~10ps范围内任意可调的高功率密度输出能力。    

凭借良好的输出性能,“神光Ⅱ”升级装置可实现高能量、高聚焦功率密度、高瞄靶精度、高同步精度、超短超强脉冲与大能量纳秒脉冲组合打靶的实验能力,满足物理用户复杂的实验需求,目前广泛服务于激光聚变快点火、新型驱动方案探索研究、实验室天体物理、地球物理、材料物理、强激光驱动粒子束、激光医学、高能量密度物理、等离子体物理等前沿基础研究,并取得了一系列重要成果。    

此次物理实验是激光聚变联合研究团队在“神光Ⅱ”升级装置上创新性地采用间接驱动方式对靶丸进行预压缩,克服了传统快点火用激光直接烧蚀靶丸的诸多缺陷,而后利用大能量皮秒脉冲激光束进行快加热,最终获得的内爆中子产额增加了约280倍,显著提升了中子的产生效率。(高功率激光物理联合实验室)   

 
 
图1 SGⅡU的间接驱动快点火实验原理示意图

 
 
图2 SGIIU上获得的间接驱动快点火聚变中子增益

 
 
图3 SGIIU靶球

 
 
图4 SGIIU