激光係統上實現聚變點火過程中到底內(nei) 爆運動是什麽(me) 樣的？怎麽(me) 衡量這些運動？慣性約束聚變內(nei) 爆產(chan) 生的溫度能有多高？

你了解過激光驅動不對稱麽(me) ？想象一下，雙手之間夾著一個(ge) 氣球，用同樣的力擠壓它的兩(liang) 邊，使它均勻地向下收縮。然而，如果你在一側(ce) 比另一側(ce) 用力，氣球不會(hui) 均勻壓縮，氣球不僅(jin) 不會(hui) 下降，反而會(hui) 離用力的手越來越遠。

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與(yu) 此類似，慣性約束聚變(inertial confinement fusion,ICF)靶丸驅動也存在不平衡現象——如果它在頂部的推動力大於(yu) 底部，靶丸將向下移動。這種運動分散了加熱靶丸和產(chan) 生聚變的能量。與(yu) 手不同的是，可以想象用兩(liang) 個(ge) 活塞壓縮氣體(ti) 。勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)科研人員Dave Schlossberg就是這樣解釋激光驅動不對稱效應的。

LLNL

該團隊在國家點火設施進行了實驗，以研究一種會(hui) 顯著降低性能的“低模式”激光不對稱。有了這些知識，就有可能減少不對稱並提高其性能。這也是過去幾年中一係列修複輻射損失、工程特征和燒蝕不對稱造成的退化的眾(zhong) 多實驗之一。

顯示內(nei) 爆ICF熱點內(nei) 測量和模擬氣流的組合圖。(a)時間分辨X射線發射用於(yu) 在內(nei) 爆過程中跟蹤明亮的“示蹤”粒子。(b)三種不對稱驅動的水平流速和(c)垂直流速:向上(▲)和向下(▼)驅動的內(nei) 爆顯示出強烈的垂直流。(d)來自向下(▼)驅動的內(nei) 部流動流線數據，覆蓋在2D HYDRA模擬的流場上

精確表征測量

這項工作有四個(ge) 關(guan) 鍵發現——不對稱激光驅動的測量特征；模擬和實驗的一致性；隨著整體(ti) 等離子體(ti) 運動的增加，表觀離子溫度的多普勒展寬的量化；觀察到的驅動熱點流與(yu) 宏觀輸入參數的關(guan) 聯。“在實驗科學中，我們(men) 隻知道我們(men) 能測量什麽(me) ——所以首先我們(men) 需要描述顯示這些內(nei) 爆遭受激光驅動不對稱的測量參數，接著將這些測量結果與(yu) 模型進行比較，看看它們(men) 是否一致。結果證實確實存在一致性。”

氘氚聚變的一個(ge) 產(chan) 物是在質心框架中以51234公裏/秒速度運動的中子（速度大約是光速的17%）。如果產(chan) 生這些中子的等離子體(ti) 也以一定的速度運動，那麽(me) 這個(ge) 速度會(hui) 疊加到中子運動上。研究小組表明，中子速度的微小變化與(yu) 測量的飛行時間中子譜的加寬直接相關(guan) 。我們(men) 可以想象一下測量槍支子彈發射的到達時間，子彈其實就代表著中子。“如果你是一名神槍手，每次你發射子彈時，它都絕對靜止，會(hui) 在完全相同的時間到達目標。但是，現在假設你跑動射擊，那麽(me) 有些子彈會(hui) 早些到達，有些子彈會(hui) 晚些到達，這取決(jue) 於(yu) 你每次開槍時的速度。”

Schlossberg說，同樣的事情也發生在內(nei) 爆、聚變等離子體(ti) 中，這些等離子體(ti) 在運動的同時產(chan) 生中子。中子飛行時間診斷精確測量中子到達時間，並將它們(men) 與(yu) 等離子體(ti) 的內(nei) 能聯係起來。因為(wei) 等離子體(ti) 在運動，到達時間有額外的擴散，這是推斷等離子體(ti) 溫度時的一個(ge) 重要考慮因素。這項工作描述了表觀離子溫度如何由於(yu) 氘氚速度的變化而升高。

“示蹤”粒子繪製聚變等離子體(ti) 中的流動

這項工作的最終發現是直接測量聚變熱點內(nei) 流動的氘氚離子。膠囊裏摻雜的鎢——作為(wei) 內(nei) 部流動的“示蹤”粒子，被注入熱等離子體(ti) ，並在X射線範圍內(nei) 被點亮。通過追蹤這種“示蹤”粒子隨時間的運動，研究小組繪製出了等離子體(ti) 熔化時的流線。這一點很重要，因為(wei) 這些流動是表觀溫度升高的原因，而且兩(liang) 次測量結果一致。

該團隊利用這一測量將微觀熱點內(nei) 的流動與(yu) 宏觀激光驅動中的不對稱聯係起來。當它們(men) 平衡激光驅動時，這些流動消失了(見圖中的●軌跡)。這些發現提供了對激光驅動不對稱對內(nei) 爆性能影響的全麵理解，並且在實驗、模擬和理論上顯示了一致性。這為(wei) 未來識別和減少激光驅動中的這些不對稱現象的工作提供了更多可能，未來有望全麵提高性能。

任何研究不是一蹴而就的，是通過多次實驗不斷優(you) 化的。研究人員回憶實驗過程時說：“當我們(men) 在第一次拍攝後看到初步的時間分辨X射線成像時，我們(men) 立即j就被這些微觀的壯觀現象吸引住了，最終發現了示蹤粒子穿過熱點的時間分辨運動，”施洛斯伯格說。這種材料的傳(chuan) 播速度約為(wei) 光速的0.1%，密度約為(wei) 固體(ti) 材料的10倍。"該研究離不開數據處理分析、靶製造、操作和診斷多部門、多小組的努力，讓人再一次驚歎團隊的力量之大！