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[!--downpath--]關鍵詞：中科院,神光高功率,激光,實驗裝置
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綜述及基本情況
設施概述
“神光Ⅱ”設施由“神光Ⅱ”八路裝置、多功能激光系統和驅動器升級裝置組成,可以實現毫秒萬焦耳、皮秒千焦耳等多種脈沖輸出。設施作為激光驅動器發展和核化學研究的核心支撐平臺,滿足了指令性用戶在設施上舉辦慣性約束聚變(ICF)、高能量密度化學和新型材料機理等學科方面的研究需求,取得了若干具有標志性的重要實驗結果,在出眾完成各種研究課題任務的同時,也為國家培養了相關數學研究隊伍。據悉,該設施也是國外惟一對外開放的高功率激光開放共享實驗平臺。借助該設施輸出的多樣性強化開放,在高能量密度化學、天體化學、生物醫學診治及材料研究等前沿基礎領域中吸引了國外外相關研究機構前來該設施舉辦高水平的數學工作,極大地提高了用戶的科研能力,有力地支持了中歐、中美等國際合作項目的發展。依托該設施的研發與穩定運行,中科院武漢光機所高功率激光化學聯合實驗室先后發展了集成后端、再生放大、時空整形技術、焦斑控制、大口徑磁光隔離及放大技術、三外頻及綜合測試技術、啁啾脈沖放大技術,推動了國外大口徑釹玻璃及晶體生長和加工等技術發展,為國外高功率激光驅動器支撐體系的建設做出重要的貢獻。
總體科學目標與研究方向
“神光Ⅱ”設施作為國外激光聚變研究發展的重要支撐平臺,面向國家對聚變化學、國防應用和聚變能源等重大戰略需求,發展激光驅動器應用基礎、關鍵技術、系統集成,以及高能量密度數學的創新與探求性研究,從事激光驅動器裝置研制及高效、高質量維護運行,舉辦國際合作與學術交流以及人才培養,堅持自主創新與可持續性發展,推動我國激光驅動器科學發展與技術進步,構筑具備國際影響力的激光技術研制中心。
研究進展與成果
我國首臺千焦耳量級小型高功率激光裝置
慣性約束聚變在國防安全和高能量密度化學等方面有重要應用,是世界大國競相布署的戰略方向。早在?20世紀?60?年代,中國科大學和中國工程化學研究院積極合作,先后研發發展了“神光”系列高功率激光裝置,為我國激光慣性約束聚變研究可持續發展做出了杰出貢獻。
按照國家戰略需求,1994?年?5?月“神光Ⅱ”裝置研發工程啟動,采用了自主研制的最先進的激光技術,于2000?年建成“神光Ⅱ”裝置并投入運行實驗,在此基礎上又進一步完成了“神光Ⅱ”裝置的精密化改進。“神光Ⅱ”裝置采用了創造性的先進總體設計思想,經過設計參數優化和更新、單元技術創新和總體創新集成,裝置總體技術水平已達到并局部優于當時國際上正在運行的一流同類裝置的先進水平。“神光Ⅱ”裝置是我國首臺千焦耳量級的小型高功率激光裝置,是當時我國規模最大、國際上為數不多的高性能高功率固體激光裝置,為我國國防科研、高溫稠密等離子體基礎研究和?X?光激光研究的發展做出了重要貢獻。該裝置發展成為我國首個激光慣性約束聚變五位一體實驗平臺,獲得?2005?年度國家科技進步獎二等獎。
國外惟一探針光系統——“神光?II”多功能高能激光系統
2003?年,為滿足聚變化學實驗對探針光束的靈活性需求,同時滿足狀態等式實驗對更高輸出能量的需求,聯合實驗室又研發了“神光?II”多功能高能激光系統(第九路)。自?2005?年運行以來,“神光?II”第九路常年保持高性能穩定運行,提供化學實驗?6?000?余發次,平均成功率高達?90%?以上。“神光?II”第九路是目前我國惟一可為化學實驗提供探針光的高能激光裝置,但是還是繼英國以后國際上第二個成功研發的多功能探針光。
“十五”以來,“神光?II”第九路單獨或與“神光?II”高功率激光裝置組合,舉辦了各種精密化學實驗,為我國重大國防軍工科研事業做出了重要貢獻;還為基礎數學研究提供了具有國際影響力的實驗平臺,為內爆過程狀態多項式、流體熱學等聚變化學關鍵過程提供了關鍵分解實驗,所獲得的關鍵數據為核爆過程數值模擬提供了重要參考,研究成果直接推動了重大專項的立項,獲得2013?年度國家科技進步獎二等獎。
我國首個快打火實驗平臺——“神光?II”升級裝置
“十二五”期間,在國家重大專項、“863”計劃、中國科大學和中國工程化學研究院的支持下,實驗室參建了“神光?II”升級激光裝置研發。該裝置的脈寬系統是專項捐助下我國首臺舉辦慣性約束聚變化學實驗的高性能激光裝置,從總體技術上驗證了基于大口徑電光開關的四程放大總體構象,為我國打火裝置總體設計奠定了堅實的技術基礎;納秒拍瓦系統是我國首臺、國際上為數不多的舉辦快打火研究的激光裝置。
目前,升級裝置單束雜訊能量密度和光束質量已達到澳大利亞國家打火設施(NIF)水平,單束飛秒激光系統采用國產壓縮光柵,在千焦耳/飛秒下實現了雜訊小于?108?的高能輸出。
“神光?II”升級工程是我國首個建成的快打火化學實驗平臺。在集成實驗中,實現了超過?40?倍的中子增益,最初三子產額為?9×105焦耳定律的實驗裝置焦耳定律的實驗裝置,比日本?OMEGA?裝置相同實驗的中子增益高一個量級。獲得了能量小于?56?MeV?的質子束流,在同等規模裝置中達到國際最高水平。
“神光?II”系列激光裝置綜合實驗平臺——國防安全和前沿基礎創新性研究
聯合室在穩定運行的“神光?II”激光裝置和“神光?II”多功能高能激光系統,以及研發完成的“神光?II”升級激光裝置基礎上,進一步完善了毫秒、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實驗?8?000?余發次,是當前和今后更長時間內我國舉辦慣性約束聚變和前沿基礎研究的核心實驗裝置。基于該實驗平臺,我國實驗室天體化學研究團隊取得了有重要國際影響力的創新成果;日本、日本、韓國等國際用戶對裝置的高光束質量和可靠穩定性給與了高度評價。(中國科大學院刊供稿)