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市場研究

投資30億歐元:法國兆焦激光器最新進展情況

來源:上光所2015-01-28 我要評論(0 )   

法國兆焦激光器(LMJ)計劃投資規模為(wei) 30 億(yi) 歐元,建築在法國的Atlantic 海岸,采用了與(yu) 美國的NIF 裝置類似的設計方案。2014 年底完

 法國兆焦激光器(LMJ)計劃投資規模為30 億歐元,建築在法國的Atlantic 海岸,采用了與美國的NIF 裝置類似的設計方案。2014 年底完成了一個放大激光鏈的建設。LMJ 的項目負責人Pierre Vivini 透露,在接下來的兩年內,該裝置的主要目標瞄準點火開展研究,至於基於激光聚變的清潔能源方麵的研究留給外圍科學家進行,這就為LMJ 在實現點火方麵比NIF 有更大的把握。

  和NIF 類似,LMJ 的種子脈衝(chong) 激光為(wei) 1053nm 的紅外激光,能量在nJ 水平,脈寬在ns 水平,隨後通過釹玻璃構成的預放大器,輸出能量達到焦耳量級,隨後分成多束激光,注入由更大口徑釹玻璃構成的主放大器,LMJ 有22 個(ge) 主放大鏈,每個(ge) 放大鏈條包括8 路激光束。LMJ 采用了NIF 的四程放大技術,將輸入能量放大約20,000 倍。然後采用放大器編組將176 激光束引導至終端光學元件,使用非線性晶體(ti) 將紅外光轉換為(wei) 紫外光後進入靶室,同時作用在針狀的靶丸上,所有的激光束共有1.5MJ 的能量,相當於(yu) 以140 公裏/小時的速度行進的2 噸重的卡車攜帶的動能。NIF 裝置可以放出1.8MJ 的能量。

  由於(yu) 受到資金的製約,目前僅(jin) 完成一個(ge) 主放大鏈條。但CEA 的核武器研究負責人Fran.ois Geleznikoff 說:“不需要所有激光,目前的8 束激光同樣可以做一係列物理實驗。”另外,LMJ 以每年完成兩(liang) 個(ge) 鏈條(共16 束激光)的速度推進項目建設,預計10 年左右完成。到那時,每年可以用20%的機時進行激光聚變能研究。法國theUniversity of Bordeaux 的等離子物理專(zhuan) 家Dimitri Batani 說:“如果每年進行50 發次的物理實驗,我們(men) 可以深入進行激光聚變能研究。”

  LMJ 項目與(yu) NIF 典型差別在於(yu) 在LMJ 的裝置中增加了單獨一路激光PETawattAquitaine Laser (PETAL),其能量為(wei) 3.5kJ,脈寬為(wei) ps 量級,脈衝(chong) 的功率達到幾個(ge) 拍瓦,較LMJ 裝置ns 脈衝(chong) 輸出光束高100 倍。PETAL 脈衝(chong) 僅(jin) 從(cong) 一個(ge) 方向輻照靶丸,時間與(yu) 激光主脈衝(chong) 同步,在實驗中可以提供瞬時的高功率用於(yu) 點火觸發或者作為(wei) 頻閃光束用於(yu) 成像診斷。

  組合PETAL 和LMJ 的實驗條件,可以模擬星際空間環境。研究人員可以使用如此強的激光去加速質子,做用於(yu) 腫瘤治療的緊湊型加速器。對於(yu) 激光聚變研究的科學家而言,最令人期待的是超短超強脈衝(chong) 觸發聚變反應的功能。

  對於(yu) 聚變能研究而言,其核心問題為(wei) 靶丸設計,該靶丸包含用於(yu) 聚變反應的氘氚材料,靶丸放置在靶室中心,激光輻照靶丸時可以產(chan) 生引起靶丸外圍燒蝕層材料燒蝕,其反作用力推動靶丸壓縮至100 倍的鉛密度及1 億(yi) 度的高溫,從(cong) 而實現點火。

  對於(yu) NIF 和LMJ 的武器研究人員而言,目前采用了簡介驅動的點火方式,但靶的設計非常複雜,製作成本高,不適合進行激光聚變能應用。為(wei) 此,選擇了直接驅動的點火方式,可以避免紫外光向X 光轉換過程能量損失及降低靶設計的複雜性。為(wei) 了獲得對稱壓縮,需要延長靶壓縮時間,此時很難獲得足夠的能量實現點火,因此需要額外的激光輻照進行觸發,此類點火方式為(wei) 快點火。Osaka University 首先進行了快點火的嚐試。

  最近低功率實驗表明,PETAL 的能量達不到快點火的要求。University of Rochester 首先嚐試了衝(chong) 擊點火,首先使用主激光脈衝(chong) 進行靶丸壓縮,在脈衝(chong) 後沿,提升激光的功率生成衝(chong) 擊脈衝(chong) ,當衝(chong) 擊脈衝(chong) 達到靶丸中心時,瞬時衝(chong) 擊觸發了反應。

  Rutherford Appleton Laboratory實驗室Central Laser Facility的聚變專(zhuan) 家及HiPER的負責人Chris Edwards評價(jia) 說:“Omega裝置的實驗確實令人鼓舞,衝(chong) 擊點火的要求比快點火要低一些。”

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