互动问答

什么是神光II装置?

一、相关背景

人类的能源从根本上说来自核聚变反应,即发生在太阳上的“轻核聚变”。人类已经在地球上实现了不可控的热核反应。要获得取之不尽的新能源,必须使这一反应在可控条件下持续地进行。为实现可控核聚变有两种方法,一是科学家们用托卡马克装置开展“磁约束聚变”的研究。另一条技术路线是利用大功率的激光装置进行“激光惯性约束聚变”研究。

目前,激光惯性约束聚变研究已成为最热门的世界性前沿研究领域之一,它将在国家战略安全、清洁新能源及高能密度物理等研究中发挥极其重要的作用。同时,针对目前惯性约束聚变物理实验,尤其是高能量密度物理实验对高功率激光驱动器运行要求越来越高,如何有效提高激光装置总体能量转换效率、光束质量及激光工作物质的热性能等关键技术问题也是高功率激光驱动器提高运行效率的新方向。我国建设的神光高功率激光实验装置在这一研究领域占据了一席之地。

二、设施简介

神光Ⅱ装置(包括八路装置和第九路装置两大部分)是目前国内投入运行的规模最大的高功率钕玻璃激光实验装置,它能在十亿分之一秒的瞬间发射出功率相当于全球电网总和数倍的激光束聚集到靶上,形成高温等离子体并引发聚变,进而开展激光与等离子体相互作用物理和惯性约束聚变实验研究。

其八路装置基频激光输出总能力为6kJ/1ns,并可实现倍频或三倍频运行,已经成为我国目前及未来一段时间在惯性约束聚变(ICF)、X光激光和高能量密度物理等前沿科技基础领域开展研究工作的重要实验平台之一。八路装置在2005年获国家科技进步奖二等奖。

2002年底启动的为神光II装置配套的多功能高能激光系统(简称第九路),于2005年基本建成投入试运行。这一束激光的基频输出能力达到5.2kJ/3ns,倍频和三倍频转换效率大于60%,装置能够提供一束输出能量更大、输出脉冲宽度等特性都不同于神光II八路的激光束,作为探针光,能够为物理实验提供主动的诊断手段,使物理实验人员更加全面、准确地了解有关等离子体的物理现象状态,定量地理解有关物理过程和物理规律。同时也为相关物理实验提供了重要的更大能量的驱动激光,而且为研制皮秒拍瓦激光系统创造了放大链路的必要条件。

第九路的建成不仅满足了我国惯性约束聚变研究不断发展的需求,也大大地促进了我国高功率激光技术的发展,为我国在未来建造更大规模的高功率激光器积累了有益的经验。

三、运行成果

自2000年的十余年来,神光Ⅱ装置提供了几十种复杂物理目标和靶型的实验打靶共5100余次,近年来全年运行平均成功率近90%。装置与同等规模的激光装置相比,其输出的能量、功率、光束质量、稳定性、可靠性指标全面达到及部分优于国外目前正在运行的装置的先进水平,实现了我国激光驱动器技术发展史上质的重大跨越。2011年,依托神光II装置进行的“利用强激光成功模拟太阳耀斑中的环顶X射线源和重联喷流”开放实验研究成果入选“2011年度中国科学十大进展”。

围绕神光装置的研制和运行,推进了多项单元技术和元器件的发展,极大地推动了我国高功率激光支撑体系的建设与发展,带动了国内的光学材料包括非线性晶体、大口径光学元件加工、氙灯及膜层技术等方面的技术进步,具有重大的社会效益和经济效益。目前,激光钕玻璃元件已远销俄国、欧洲、以色列、韩国等国家。大口径非线性晶体生长及加工镀膜技术取得了突破。国内大口径光学元件加工产业也已形成一定规模的生产能力。这些产业的能力提升为我国的航天、航空、国防工业提供了有力的技术支持。

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