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1、个人收集整理仅供参考学习第一章引言§1.1惯性约束聚变简介作为人类社会不断发展的主要动力，能源的获取一直是受到人们普遍关注的问题。尤其是在当石油、天然气等不可再生的能源逐渐趋于枯竭时，能源问题更显得尤为突出。通过受控核聚变产生聚变能作为获取新能源的主要途径，一直是广大科学工作者孜孜不倦努力的方向。要实现受控核聚变，必须满足两个基本条件，一是必须将燃料加热到很高的热核反应温度，二是必须在足够长的时间内将高温高密度等离子体约束在一起。本世纪40年代，人们提出磁约束聚变（MCF）的思想张家泰，《激光等离子体相互作用物理》，中国工程物理研
2、究院北京研究生部，1995年，所谓磁约束聚变，是指利用磁场将带电粒子约束住，使之发生聚变反应。通过40多年的发展，在90年代，磁约束聚变已达到可进行科学可行性验证阶段。在激光问世后，人们提出采用高功率激光器加热燃料达到热核反应温度的思想。1964年，我国科学家王淦昌教授和前苏联巴索夫院士同时独立地提出了用激光照射氘氚而产生中子的想法WangGC,“SuggestionofNeutronGenerationwithPowerfullasers”,ChineseJofLasers,1987,14(11):641,H.F.巴索夫等，《稠
3、密等离子体诊断学》，《强激光与粒子束》杂志社，1992年12月第一版，并于其后不久获得了实验证明，为激光惯性约束聚变获取核能做出了开创性的工作。之后在1972年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Nuckolls等人发表了利用内爆原理将热核燃料压缩至高温和高密度实现聚变的概念J.H.Nuckolls,L.Wood,A.Thiessen,andG.B.Zimmermam,Lasercompressionofmattertosuper-highdensities:thermonuclear(CTR)application.Nature23
4、9,129(1972)，取得理论上的突破，这是惯性约束聚变研究具有里程碑意义的进展。激光技术经过近40年的发展，固体激光驱动器发展已十分成熟，是实验室中能够创造高温高密度条件的最可选技术途径。在四种类型的驱动器（其余三种是气体激光驱动器、轻离子加速器和重离子加速器）中最有可能首先实现增益和点火W.H.Lowdermilk,“StatusoftheNationalIgnitionFacility”,《ConferenceonSolidStateLasersforInertialConfinmnetFusion》Paris,Franc
5、eOct.22-25,1996。目前已有能提供产生核聚变所需辐照功率密度的激光器。我们称这种激光器为ICF13个人收集整理仅供参考学习驱动器。为获得较高的激光能量与靶丸燃料的耦合效率，一般用于激光聚变的激光波长处于短波长区。目前唯一用于研究激光聚变的激光器是钕玻璃激光器，这种激光器技术成熟，采用该激光器产生的1.06mm的激光经磷酸二氢钾（KDP）晶体高效地频率转换后获得0.351mm波长的光波。之外，KrF准分子激光器具有波长短(248nm)、脉冲整形能力优越、效率高等优点，作为ICF驱动的一种候选激光器，KrF准分子激光器也正
6、受到人们的关注。同时针对现有氙灯泵浦技术热效应显著、重复频率低和效率低的缺点，发展半导体激光二极管泵浦技术日益受到科学工作者的关注WilliamF.Krupke,“Diode-pumpedsolidstatelasers(DPSSLs)forinertialfusionenergy(IFE)”,SPIE,Vol.3047,73~82,,HiromitsuKiriyama,KanjiNishida,etal.,“Laser-diode-pumpedeight-passNd:YAGslabamplifier”,SPIEVol.3264
7、,30~36，希望能籍此发展重复频率高、效率高的聚变驱动源技术。目前半导体激光二极管成本是制约半导体激光二极管泵浦技术发展的瓶颈。所谓激光驱动惯性约束聚变（InertialConfinementFusion-ICF），就是基于氢弹原理，即利用高能激光驱动器在极短时间内将聚变燃料小球(靶丸)加热、压缩到高温、高密度，使之在中心“点火”，点燃后继核反应实现受控聚变。从而获得干净聚变能源郑志坚，“ICF基本概念”，《惯性约束聚变与强激光技术》，（内部资料），1990年。惯性约束聚变过程一共分为四个阶段：1．激光辐射(图1-1a)：强激光
8、束快速加热氘氚靶丸表面，形成一个等离子体烧蚀层。2．内爆压缩(图1-1b)：靶丸表面热物质向外喷发，反向压缩燃料。3．聚变点火(图1-1c)：通过向心聚爆过程，氘氚核燃料达到高温、高密度状态。4．聚变燃烧(图1-1d)：热核燃烧在被压缩燃料内部曼延
