数兆焦激光驱动器靶场关键技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaohengjun
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根据聚变反应的两级内爆理论,在高功率激光驱动器中,产生的激光和实验用靶可以看作聚变反应的主级和次级,靶场系统实现了对主级的传输与控制,使其满足内爆压缩的条件。美国国家点火装置在2013年未能成功点火,给我国建设新的激光驱动器,实现可控核聚变在激光路数和驱动方式上提出了新的挑战。本论文立足于驱动器靶场系统,重点研究更多激光路数,兼容多种驱动方式的靶场光路设计。对靶场光路设计的理论模型,排布过程中的激光数量,靶室大小,入射法兰口分布,组束选择,编组方式等进行了系统的分析和研究,从而为建立满足各种应用需求的激光驱动器提供参考。  本研究主要内容包括:⑴建立了靶场光路总体设计的理论模型。从转变激光传输方向和保证所有光束等光程这两个基本功能出发,分别介绍了靶场光路中各相关单元的设计,包括靶室半径,激光入射法兰口的分布,组束的数量以及组束方式等。结合打靶激光的偏振态要求,光路无交叠等限制因素确定了单束组的导引结构;利用分层定基线算法,实现了多束组之间的编组。最后根据反射镜数量、靶场空间、驱动器占地面积等边界条件,确定靶场光路的整体构型。⑵根据我室现有的激光装置(SG-Ⅱ-UP和SG-9th)和场地条件,结合直接驱动和快点火等驱动方式的要求,设计了SG-Ⅱ新靶场。利用靶场光路总体设计的理论模型,实现了32路面向直接驱动的靶场光路的排布。通过分析,新靶场可以完全兼容8路间接驱动柱腔靶以及长短脉冲结合的组合打靶方式,并且切换方式简单。⑶为了验证不同的点火方式,设计了更大规模激光驱动器(288束,~3MJ)的靶场,并以间接驱动为基本打靶方式给出了整个靶场光路的排布。根据直接驱动和六端注入球腔靶激光入射法兰口的分布特点,实现了从间接驱动光路到这两种驱动方式之间的光路切换。六端注入球腔靶使用了288束中的176束,兼容效果良好,可以维持设计要求的球腔靶内壁辐照均匀性。⑷以间接驱动为例,对聚变能源装置(576束,~5MJ)的靶场进行了概念设计。总结归纳了组束方式、靶室半径大小在激光路数不断增大过程中的变化规律,为后续建造各种规模的激光驱动器提供参考。最后,综述了聚变发电站中还需发展的其他靶场技术。
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