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[!--downpath--]关键词：中科院,神光高功率,激光,实验装置
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综述及基本情况
设施概述
“神光Ⅱ”设施由“神光Ⅱ”八路装置、多功能激光系统和驱动器升级装置组成,可以实现毫秒万焦耳、皮秒千焦耳等多种脉冲输出。设施作为激光驱动器发展和核化学研究的核心支撑平台,满足了指令性用户在设施上举办惯性约束聚变(ICF)、高能量密度化学和新型材料机理等学科方面的研究需求,取得了若干具有标志性的重要实验结果,在出众完成各种研究课题任务的同时,也为国家培养了相关数学研究队伍。据悉,该设施也是国外惟一对外开放的高功率激光开放共享实验平台。借助该设施输出的多样性强化开放,在高能量密度化学、天体化学、生物医学诊治及材料研究等前沿基础领域中吸引了国外外相关研究机构前来该设施举办高水平的数学工作,极大地提高了用户的科研能力,有力地支持了中欧、中美等国际合作项目的发展。依托该设施的研发与稳定运行,中科院武汉光机所高功率激光化学联合实验室先后发展了集成后端、再生放大、时空整形技术、焦斑控制、大口径磁光隔离及放大技术、三外频及综合测试技术、啁啾脉冲放大技术,推动了国外大口径钕玻璃及晶体生长和加工等技术发展,为国外高功率激光驱动器支撑体系的建设做出重要的贡献。
总体科学目标与研究方向
“神光Ⅱ”设施作为国外激光聚变研究发展的重要支撑平台,面向国家对聚变化学、国防应用和聚变能源等重大战略需求,发展激光驱动器应用基础、关键技术、系统集成,以及高能量密度数学的创新与探求性研究,从事激光驱动器装置研制及高效、高质量维护运行,举办国际合作与学术交流以及人才培养,坚持自主创新与可持续性发展,推动我国激光驱动器科学发展与技术进步,构筑具备国际影响力的激光技术研制中心。
研究进展与成果
我国首台千焦耳量级小型高功率激光装置
惯性约束聚变在国防安全和高能量密度化学等方面有重要应用,是世界大国竞相布署的战略方向。早在 20世纪 60 年代,中国科大学和中国工程化学研究院积极合作,先后研发发展了“神光”系列高功率激光装置,为我国激光惯性约束聚变研究可持续发展做出了杰出贡献。
按照国家战略需求,1994 年 5 月“神光Ⅱ”装置研发工程启动,采用了自主研制的最先进的激光技术,于2000 年建成“神光Ⅱ”装置并投入运行实验,在此基础上又进一步完成了“神光Ⅱ”装置的精密化改进。“神光Ⅱ”装置采用了创造性的先进总体设计思想,经过设计参数优化和更新、单元技术创新和总体创新集成,装置总体技术水平已达到并局部优于当时国际上正在运行的一流同类装置的先进水平。“神光Ⅱ”装置是我国首台千焦耳量级的小型高功率激光装置,是当时我国规模最大、国际上为数不多的高性能高功率固体激光装置,为我国国防科研、高温稠密等离子体基础研究和 X 光激光研究的发展做出了重要贡献。该装置发展成为我国首个激光惯性约束聚变五位一体实验平台,获得 2005 年度国家科技进步奖二等奖。
国外惟一探针光系统——“神光 II”多功能高能激光系统
2003 年,为满足聚变化学实验对探针光束的灵活性需求,同时满足状态等式实验对更高输出能量的需求,联合实验室又研发了“神光 II”多功能高能激光系统(第九路)。自 2005 年运行以来,“神光 II”第九路常年保持高性能稳定运行,提供化学实验 6 000 余发次,平均成功率高达 90% 以上。“神光 II”第九路是目前我国惟一可为化学实验提供探针光的高能激光装置,但是还是继英国以后国际上第二个成功研发的多功能探针光。
“十五”以来,“神光 II”第九路单独或与“神光 II”高功率激光装置组合,举办了各种精密化学实验,为我国重大国防军工科研事业做出了重要贡献;还为基础数学研究提供了具有国际影响力的实验平台,为内爆过程状态多项式、流体热学等聚变化学关键过程提供了关键分解实验,所获得的关键数据为核爆过程数值模拟提供了重要参考,研究成果直接推动了重大专项的立项,获得2013 年度国家科技进步奖二等奖。
我国首个快打火实验平台——“神光 II”升级装置
“十二五”期间,在国家重大专项、“863”计划、中国科大学和中国工程化学研究院的支持下,实验室参建了“神光 II”升级激光装置研发。该装置的脉宽系统是专项捐助下我国首台举办惯性约束聚变化学实验的高性能激光装置,从总体技术上验证了基于大口径电光开关的四程放大总体构象,为我国打火装置总体设计奠定了坚实的技术基础;纳秒拍瓦系统是我国首台、国际上为数不多的举办快打火研究的激光装置。
目前,升级装置单束杂讯能量密度和光束质量已达到澳大利亚国家打火设施(NIF)水平,单束飞秒激光系统采用国产压缩光栅,在千焦耳/飞秒下实现了杂讯小于 108 的高能输出。
“神光 II”升级工程是我国首个建成的快打火化学实验平台。在集成实验中,实现了超过 40 倍的中子增益,最初三子产额为 9×105焦耳定律的实验装置焦耳定律的实验装置,比日本 OMEGA 装置相同实验的中子增益高一个量级。获得了能量小于 56 MeV 的质子束流,在同等规模装置中达到国际最高水平。
“神光 II”系列激光装置综合实验平台——国防安全和前沿基础创新性研究
联合室在稳定运行的“神光 II”激光装置和“神光 II”多功能高能激光系统,以及研发完成的“神光 II”升级激光装置基础上,进一步完善了毫秒、皮秒和皮秒多档脉冲输出的综合装置,10 余年来提供了各种化学实验 8 000 余发次,是当前和今后更长时间内我国举办惯性约束聚变和前沿基础研究的核心实验装置。基于该实验平台,我国实验室天体化学研究团队取得了有重要国际影响力的创新成果;日本、日本、韩国等国际用户对装置的高光束质量和可靠稳定性给与了高度评价。(中国科大学院刊供稿)