超短超强激光与固体靶相互作用激发kα特征线分析

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1、第l章绪论11激光核聚变简介第1章绪论鼍-簧三鍪。ij鳓爆o⋯铺哆“11铺图1．2点火靶标准三层结构⋯点火能量阐值对燃料的收缩比有很强的依赖关系，内爆收缩比取决于内爆速度，所以点火闽值强烈依赖于‘ka点火的能量阈值随u二变化，其中对于图1．3所示的靶型驸5～6。对于具有不同内爆压力和熵压力的靶，闽值的近似定标公式：％*矿嘭P。(11)第1章绪论其中，P为内爆压强，口是给定密度燃料的压强与其费米压强之比aaw—t2=■嚣”⋯*糟酱。三夏至垂三譬。％珊m．：k：：劣。一等自=：：!篇图1．3目前ICF点火靶的物理参数：对驱动强度、对称性、稳定性和点

2、火的约束条件⋯典型的基本点火方式有三种：中心点火、体点火和快点火。·中心点火：在所有点火方式中，研究最多，最为成熟，所以是晟有可能的。而由于间接驱动有较好的对称性，因此NIF的点火靶又以间接驱动的中心点火方式为主。世竺!：，生，!!!!!j图1．4中心点火示意圈⋯第1章绪论咄⋯⋯獠旦源=麓烈索豢图l5中心点火的四个步骤”一黜：：矿‘_嚣∥O中心点火的三大问题：(1)要提高能量的利用率(转换效率、内爆效率)。(2)提高压缩的有效性(对称性、等熵压缩)。(3)降低内爆的有害性(腔内激光等离子体、流体力学不稳定性)。美国点火物理也是针对这些问题开展工

3、作的。●体点火(双层壳靶点火)：这种点火方式采用双层壳靶。外壳层与非常轻的内壳层碰撞使其加速到较高的速度，当内壳层质量远小于外壳层可忽略时．内壳层速度为外壳层速度的2倍。因此，双壳层靶可以达到速度倍增的效果，从而实现在较低的内爆速度下点火。区三三三卫图I．6取层壳靶结构”外壳层的作用主要是对柱腔产生的x射线进行有效吸收，在球形压缩的基础上，外壳层被加速撞击在内壳层上，如果考虑到完全弹性碰撞，内壳层可获得外壳层的加速，使双壳层靶增益较单壳层靶高。内壳层的作用在于限制点火燃料的辐射损失，因为原子序数高，可提供额外的惯性约束以延缓燃料解体时间。内壳层

4、初始密度高，可以承受外壳层的撞击，这样进一步降低了点火的阈值。第l章绪论·快点火：这种点火方式将压缩和点火热斑的形成分开，先用中等功率密度激光将燃料压缩到高密度，然后用PW超短超强激光形成超热电子流形成点火热斑。1．2强场和快点火物理圈17快点火示意圈。1CPA技术与已有高功率激光装置相结合，能够输出拍瓦激光“。啁啾放大技术的基本原理如图1．8所示。圈18cPA檄光器工作原理示意图⋯激光八射到靶面时，所产生的电场强度超过氢原子第一玻尔半径库仑场(1aeu=5l×l09V／cm)的200多倍，一系列极端物态条件开辟了一个崭新的科学领域——强场物理

5、“”。超强超短激光等离子体相互作用研究内容十分广泛，各国实验室纷纷投入力量将CPA技术与己有的大型激光器相耦合“1中国工程物理研究院激光聚变研究中心的SILEX-I超短超强100TW激光装置，输出功率高选200TW，靶面聚焦功率可达到1021W／era2【”。超短超强檄光的出现为墩光惯性约束聚变提供了一条新的可行性途径，快点火的核心思想是将压缩和点火两个过程分开。第1章绪论。爵·雾-0o◆·◆⑨◆g銎固。。黧-inens猡e快点火方案的优点还在于，这种点火方案适合多种驱动方式画I腰围团翌囤田1．10快点火的驱动方式”’快点火的基本要求⋯，点火柬

6、能量：％2占02l靳iii参磊_)“”JⅣ点火柬功率密度：‘20268xl酽‘iii5磊-)”5矿，删2点火束脉宽：‘2。221‘丽≤乞_)圳5芦点火柬半径：‘2。220(—30—09旦／c—m，，”一m如图1．10，快点火具有多种点火方式。锥一壳点火方式是目前研究较多的快点火方式。第l章绪论PWJasotforheatingConeshetltarget圈111锥一壳点火方式⋯锥一壳快点火方式被认为是最可行的快点火方案，但是锥与激光的相互作用物理过程复杂，还有许多疑点未搞清楚，比如：锥靶是否能增强超热电子发射；锥的最佳角度是多少，与激光如何匹

7、配；锥的烧蚀过程是如何的等一些问题。快点火作为一种比较理想的激光聚变点火方式。也有一些风险，具体体现在：1利用200--3001d的整形脉冲获得快点火所需密度条件，风险度比较低，但是由于与中心点火有较大差别，仍然需要加大研究和方法掌握。快点火的风险主要在于点火激光到热斑的总的耦合效率，日本的集成实验得到25％，并不完全足以定标到高密度状态。2分解的超热电子产生效率测量还没有更可靠精确的办法，但是很多人相信可达到30％以上，但是仍然需要研究点火尺度小下的转换效率(20口s、～iCoW／cm2)、是否需要2∞激光等。3超热电子的传输和能量沉积风险度

8、较太，可以说现在开展的在固体靶中的超热电子传输实验与点火尺度下的警嘭犯密度梯度的差距较大。对超热电子在点火尺度下的传输问题还是限于不完整的模型和模拟。