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[!--downpath--]關(guān)鍵詞：中科院,神光高功率,激光,實(shí)驗(yàn)裝置
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綜述及基本情況
設(shè)施概述
“神光Ⅱ”設(shè)施由“神光Ⅱ”八路裝置、多功能激光系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器升級(jí)裝置組成,可以實(shí)現(xiàn)毫秒萬(wàn)焦耳、皮秒千焦耳等多種脈沖輸出。設(shè)施作為激光驅(qū)動(dòng)器發(fā)展和核化學(xué)研究的核心支撐平臺(tái),滿足了指令性用戶在設(shè)施上舉辦慣性約束聚變(ICF)、高能量密度化學(xué)和新型材料機(jī)理等學(xué)科方面的研究需求,取得了若干具有標(biāo)志性的重要實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在出眾完成各種研究課題任務(wù)的同時(shí),也為國(guó)家培養(yǎng)了相關(guān)數(shù)學(xué)研究隊(duì)伍。據(jù)悉,該設(shè)施也是國(guó)外惟一對(duì)外開放的高功率激光開放共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。借助該設(shè)施輸出的多樣性強(qiáng)化開放,在高能量密度化學(xué)、天體化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)診治及材料研究等前沿基礎(chǔ)領(lǐng)域中吸引了國(guó)外外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)前來該設(shè)施舉辦高水平的數(shù)學(xué)工作,極大地提高了用戶的科研能力,有力地支持了中歐、中美等國(guó)際合作項(xiàng)目的發(fā)展。依托該設(shè)施的研發(fā)與穩(wěn)定運(yùn)行,中科院武漢光機(jī)所高功率激光化學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室先后發(fā)展了集成后端、再生放大、時(shí)空整形技術(shù)、焦斑控制、大口徑磁光隔離及放大技術(shù)、三外頻及綜合測(cè)試技術(shù)、啁啾脈沖放大技術(shù),推動(dòng)了國(guó)外大口徑釹玻璃及晶體生長(zhǎng)和加工等技術(shù)發(fā)展,為國(guó)外高功率激光驅(qū)動(dòng)器支撐體系的建設(shè)做出重要的貢獻(xiàn)。
總體科學(xué)目標(biāo)與研究方向
“神光Ⅱ”設(shè)施作為國(guó)外激光聚變研究發(fā)展的重要支撐平臺(tái),面向國(guó)家對(duì)聚變化學(xué)、國(guó)防應(yīng)用和聚變能源等重大戰(zhàn)略需求,發(fā)展激光驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)集成,以及高能量密度數(shù)學(xué)的創(chuàng)新與探求性研究,從事激光驅(qū)動(dòng)器裝置研制及高效、高質(zhì)量維護(hù)運(yùn)行,舉辦國(guó)際合作與學(xué)術(shù)交流以及人才培養(yǎng),堅(jiān)持自主創(chuàng)新與可持續(xù)性發(fā)展,推動(dòng)我國(guó)激光驅(qū)動(dòng)器科學(xué)發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步,構(gòu)筑具備國(guó)際影響力的激光技術(shù)研制中心。
研究進(jìn)展與成果
我國(guó)首臺(tái)千焦耳量級(jí)小型高功率激光裝置
慣性約束聚變?cè)趪?guó)防安全和高能量密度化學(xué)等方面有重要應(yīng)用,是世界大國(guó)競(jìng)相布署的戰(zhàn)略方向。早在?20世紀(jì)?60?年代,中國(guó)科大學(xué)和中國(guó)工程化學(xué)研究院積極合作,先后研發(fā)發(fā)展了“神光”系列高功率激光裝置,為我國(guó)激光慣性約束聚變研究可持續(xù)發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。
按照國(guó)家戰(zhàn)略需求,1994?年?5?月“神光Ⅱ”裝置研發(fā)工程啟動(dòng),采用了自主研制的最先進(jìn)的激光技術(shù),于2000?年建成“神光Ⅱ”裝置并投入運(yùn)行實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上又進(jìn)一步完成了“神光Ⅱ”裝置的精密化改進(jìn)。“神光Ⅱ”裝置采用了創(chuàng)造性的先進(jìn)總體設(shè)計(jì)思想,經(jīng)過設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化和更新、單元技術(shù)創(chuàng)新和總體創(chuàng)新集成,裝置總體技術(shù)水平已達(dá)到并局部?jī)?yōu)于當(dāng)時(shí)國(guó)際上正在運(yùn)行的一流同類裝置的先進(jìn)水平。“神光Ⅱ”裝置是我國(guó)首臺(tái)千焦耳量級(jí)的小型高功率激光裝置,是當(dāng)時(shí)我國(guó)規(guī)模最大、國(guó)際上為數(shù)不多的高性能高功率固體激光裝置,為我國(guó)國(guó)防科研、高溫稠密等離子體基礎(chǔ)研究和?X?光激光研究的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。該裝置發(fā)展成為我國(guó)首個(gè)激光慣性約束聚變五位一體實(shí)驗(yàn)平臺(tái),獲得?2005?年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
國(guó)外惟一探針光系統(tǒng)——“神光?II”多功能高能激光系統(tǒng)
2003?年,為滿足聚變化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)探針光束的靈活性需求,同時(shí)滿足狀態(tài)等式實(shí)驗(yàn)對(duì)更高輸出能量的需求,聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室又研發(fā)了“神光?II”多功能高能激光系統(tǒng)(第九路)。自?2005?年運(yùn)行以來,“神光?II”第九路常年保持高性能穩(wěn)定運(yùn)行,提供化學(xué)實(shí)驗(yàn)?6?000?余發(fā)次,平均成功率高達(dá)?90%?以上。“神光?II”第九路是目前我國(guó)惟一可為化學(xué)實(shí)驗(yàn)提供探針光的高能激光裝置,但是還是繼英國(guó)以后國(guó)際上第二個(gè)成功研發(fā)的多功能探針光。
“十五”以來,“神光?II”第九路單獨(dú)或與“神光?II”高功率激光裝置組合,舉辦了各種精密化學(xué)實(shí)驗(yàn),為我國(guó)重大國(guó)防軍工科研事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn);還為基礎(chǔ)數(shù)學(xué)研究提供了具有國(guó)際影響力的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為內(nèi)爆過程狀態(tài)多項(xiàng)式、流體熱學(xué)等聚變化學(xué)關(guān)鍵過程提供了關(guān)鍵分解實(shí)驗(yàn),所獲得的關(guān)鍵數(shù)據(jù)為核爆過程數(shù)值模擬提供了重要參考,研究成果直接推動(dòng)了重大專項(xiàng)的立項(xiàng),獲得2013?年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
我國(guó)首個(gè)快打火實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——“神光?II”升級(jí)裝置
“十二五”期間,在國(guó)家重大專項(xiàng)、“863”計(jì)劃、中國(guó)科大學(xué)和中國(guó)工程化學(xué)研究院的支持下,實(shí)驗(yàn)室參建了“神光?II”升級(jí)激光裝置研發(fā)。該裝置的脈寬系統(tǒng)是專項(xiàng)捐助下我國(guó)首臺(tái)舉辦慣性約束聚變化學(xué)實(shí)驗(yàn)的高性能激光裝置,從總體技術(shù)上驗(yàn)證了基于大口徑電光開關(guān)的四程放大總體構(gòu)象,為我國(guó)打火裝置總體設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ);納秒拍瓦系統(tǒng)是我國(guó)首臺(tái)、國(guó)際上為數(shù)不多的舉辦快打火研究的激光裝置。
目前,升級(jí)裝置單束雜訊能量密度和光束質(zhì)量已達(dá)到澳大利亞國(guó)家打火設(shè)施(NIF)水平,單束飛秒激光系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)壓縮光柵,在千焦耳/飛秒下實(shí)現(xiàn)了雜訊小于?108?的高能輸出。
“神光?II”升級(jí)工程是我國(guó)首個(gè)建成的快打火化學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在集成實(shí)驗(yàn)中,實(shí)現(xiàn)了超過?40?倍的中子增益,最初三子產(chǎn)額為?9×105焦耳定律的實(shí)驗(yàn)裝置焦耳定律的實(shí)驗(yàn)裝置,比日本?OMEGA?裝置相同實(shí)驗(yàn)的中子增益高一個(gè)量級(jí)。獲得了能量小于?56?MeV?的質(zhì)子束流,在同等規(guī)模裝置中達(dá)到國(guó)際最高水平。
“神光?II”系列激光裝置綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——國(guó)防安全和前沿基礎(chǔ)創(chuàng)新性研究
聯(lián)合室在穩(wěn)定運(yùn)行的“神光?II”激光裝置和“神光?II”多功能高能激光系統(tǒng),以及研發(fā)完成的“神光?II”升級(jí)激光裝置基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善了毫秒、皮秒和皮秒多檔脈沖輸出的綜合裝置,10?余年來提供了各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)?8?000?余發(fā)次,是當(dāng)前和今后更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)我國(guó)舉辦慣性約束聚變和前沿基礎(chǔ)研究的核心實(shí)驗(yàn)裝置。基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái),我國(guó)實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)取得了有重要國(guó)際影響力的創(chuàng)新成果;日本、日本、韓國(guó)等國(guó)際用戶對(duì)裝置的高光束質(zhì)量和可靠穩(wěn)定性給與了高度評(píng)價(jià)。(中國(guó)科大學(xué)院刊供稿)