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2020年  32卷  第09期

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激光等离子体尾波加速器的发展和展望
陈民, 刘峰, 李博原, 翁苏明, 陈黎明, 盛政明, 张杰
2020, 32: 092001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200174
激光离子加速研究与应用展望
吴学志, 寿寅任, 弓正, 赵研英, 朱昆, 杨根, 卢海洋, 林晨, 马文君, 陈佳洱, 颜学庆
2020, 32: 092002. doi: 10.11884/HPLPB202032.200090
强激光实验室天体物理介绍
仲佳勇, 安维明, 平永利, 韩波, 汤鹏飞, 原晓霞, 孙伟, 邢纯青, 张茜, 王荐钊, 高炜佳, 于家成, 刘正东, 岳树峰
2020, 32: 092003. doi: 10.11884/HPLPB202032.200123
封面目录
《强激光与粒子束》2020年32卷第9期封面目录
《强》刊编辑部
出版前言
2020, 32: 1-1.
惯性约束聚变物理与技术
激光等离子体尾波加速器的发展和展望
陈民, 刘峰, 李博原, 翁苏明, 陈黎明, 盛政明, 张杰
2020, 32: 092001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200174
摘要:
超强激光在气体等离子体中传输时可以激发出大振幅的电子等离子体尾波。激光等离子体尾波加速器是利用该尾波对带电粒子(特别是电子和正电子)进行加速的一种新型装置。由于其加速梯度相较于现有的常规加速器可以提升1000倍,为建造超紧凑型的加速器和辐射源奠定了基础,也为将来建造基于等离子体的超高能正负电子对撞机和自由电子激光装置提供了可能。对该新型加速器的原理、特点、发展历程,尤其是近十年来的主要进展和未来发展趋势及面临的主要挑战进行简要梳理和介绍。
激光离子加速研究与应用展望
吴学志, 寿寅任, 弓正, 赵研英, 朱昆, 杨根, 卢海洋, 林晨, 马文君, 陈佳洱, 颜学庆
2020, 32: 092002. doi: 10.11884/HPLPB202032.200090
摘要:
激光离子加速是近年来激光等离子体领域兴起的研究热点之一。激光产生的高能离子束具有高亮度、小尺寸、脉宽窄和方向性好等特点,具有很多潜在的应用。概述了几种常见的激光离子加速物理机制,对一系列激光离子加速实验进展进行了归纳总结,最后介绍了几种激光驱动离子束的潜在应用。
强激光实验室天体物理介绍
仲佳勇, 安维明, 平永利, 韩波, 汤鹏飞, 原晓霞, 孙伟, 邢纯青, 张茜, 王荐钊, 高炜佳, 于家成, 刘正东, 岳树峰
2020, 32: 092003. doi: 10.11884/HPLPB202032.200123
摘要:
实验室天体物理是交叉于高能量密度等离子体物理学与天体物理学之间的一个新的学科生长点。利用强激光装置可以在实验室创造与某些天体或天体周围相似的极端物理环境,这样的实验条件前所未有,且与天体物理中诸多重要的物理现象直接对应。通过近距、主动、参数可控的研究,实验室天体物理有助于解决目前天体物理和等离子体物理中的一些关键的、共性的问题,并有望取得突破性成果。针对近年来国内外在该领域取得的最新研究进展进行介绍,并就将来可能开展的研究方向进行展望。
激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展
李志超, 赵航, 龚韬, 李欣, 杨冬, 蒋小华, 郑坚, 刘永刚, 刘耀远, 陈朝鑫, 李三伟, 李琦, 潘凯强, 郭亮, 理玉龙, 徐涛, 彭晓世, 吴畅书, 张桦森, 郝亮, 蓝可, 陈耀桦, 郑春阳, 古培俊, 王峰, 蔡洪波, 郑无敌, 邹士阳, 杨家敏, 江少恩, 张保汉, 朱少平, 丁永坤
2020, 32: 092004. doi: 10.11884/HPLPB202032.200130
摘要:
当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。
Z箍缩聚变及高能量密度应用研究进展
肖德龙, 丁宁, 王冠琼, 王小光, 李晨光, 毛重阳
2020, 32: 092005. doi: 10.11884/HPLPB202032.200094
摘要:
基于脉冲功率技术的Z箍缩过程可以实现驱动器电储能到X光辐射的高效率转换,形成极端温度、密度、压力条件,近年来在惯性约束聚变及高能量密度应用中取得了一系列重要进展。综述了国际上辐射间接驱动和磁直接驱动两条Z箍缩聚变技术路线发展现状,简要介绍了我国Z箍缩聚变尤其是7~8 MA脉冲功率装置上的动态黑腔研究进展;分别从辐射与物质相互作用、辐射不透明度、材料动态特性、实验室天体物理等方面,概述了Z箍缩应用于高能量密度物理研究的技术路线和主要成果。希望通过对Z箍缩聚变及高能量密度应用研究的论述和发展趋势分析,推动我国Z箍缩研究领域的进一步发展。
激光产生温稠密物质的微观动力学过程及状态诊断
康冬冬, 曾启昱, 张珅, 王小伟, 戴佳钰
2020, 32: 092006. doi: 10.11884/HPLPB202032.200121
摘要:
随着大型激光装置的建立和精密测量技术的发展,强激光与固体相互作用成为实验室产生温稠密物质的一个重要手段。温稠密物质的结构复杂性、瞬态性和非平衡性给理论建模和实验测量带来了巨大挑战。本文系统介绍了激光产生温稠密物质的实验手段和理论模拟方法方面的重要进展,分析了其中的电子激发动力学、电子-离子能量弛豫过程、离子动力学等物理过程,总结了温稠密物质状态诊断的实验技术和理论方法,并论述了激光产生温稠密物质的发展趋势。
惯性约束聚变黑腔内等离子体界面处的动理学效应及其影响
蔡洪波, 张文帅, 杜报, 燕鑫鑫, 单连强, 郝亮, 李志超, 张锋, 龚韬, 杨冬, 邹士阳, 朱少平, 贺贤土
2020, 32: 092007. doi: 10.11884/HPLPB202032.200134
摘要:
在惯性约束聚变物理研究中,等离子体界面处的动理学效应及其时空演化特性近年来受到重点关注,因为它会显著影响激光能量沉积、激光等离子体不稳定性、辐照对称性、黑腔和内爆性能等诸多物理。准确描绘等离子体特征界面附近的动理学效应是惯性约束聚变物理设计的基本需求,也是高能量密度物理中的具有挑战且未完全解决的问题。重点回顾近几年来本团队围绕等离子体动理学效应及其影响开展的一些研究工作:(1)聚变黑腔中金等离子体与靶丸冕区等离子体边缘处的电场结构及其加速的高能离子对内爆对称性的影响;(2)激光光路上高Z-低Z等离子体界面处的电场产生机制及其导致的反常离子扩散对激光等离子体不稳定性的影响;(3)等离子体中电磁场结构的质子照相反演。
万焦耳激光装置上多热力学路径高压加载技术实验研究
王哲斌, 段晓溪, 张琛, 薛全喜, 杨为明, 章欢, 彭晓世, 理玉龙, 刘永刚, 关赞洋, 刘浩, 孙亮, 叶青, 李志超, 郭亮, 李三伟, 杨冬, 王峰, 杨家敏, 江少恩, 丁永坤
2020, 32: 092008. doi: 10.11884/HPLPB202032.200139
摘要:
针对极端高压条件物质特性研究需求,在我国万焦耳激光装置上利用其高能量、高功率、任意整形长脉冲输出的技术优势先后开展了冲击压缩、准等熵压缩以及“预冲击准等熵压缩”复合热力学路径压缩等多种热力学路径的高压加载技术研究,建立了实用的高压加载设计方法,重点优化了高压加载源的平面性和干净性,发展了高压状态精密表征技术,实现了1011 Pa以上准等熵,1012 Pa以上冲击以及两种路径之间的宽区高压加载状态能力,为激光装置上的高压状态方程及相变动力学研究提供了重要的技术基础。
受激布里渊散射的非线性增强和饱和
郑春阳, 王清, 刘占军, 贺贤土
2020, 32: 092009. doi: 10.11884/HPLPB202032.200122
摘要:
针对典型激光聚变等离子体参数条件,利用弗拉索夫程序研究非均匀流等离子体中受激布里渊散射的非线性行为。在动理学效应占主导的参数区域,观察到受激布里渊散射激发的离子声波由于非线性动理学频移和非均匀流空间失谐相互补偿引起的离子声波自共振增长,这会导致受激布里渊水平量级的增强;提出用光束时间去相干抑制这种绝对增长。在流体非线性占主导的参数区域,观察到由于离子声波谐波导致的孤立波产生、离子加热以及受激布里渊散射饱和现象。
神光系列激光装置内爆烧蚀压缩过程测量
陈伯伦, 杨正华, 胡昕, 夏立琼, 陈忠靖, 王鹏, 韦敏习, 黄天晅, 蒋炜, 晏骥, 王峰, 杨家敏
2020, 32: 092010. doi: 10.11884/HPLPB202032.200111
摘要:
间接驱动惯性约束聚变研究中,获得高内爆速度是实现点火,提升聚变增益的关键。通过对内爆烧蚀压缩过程的测量,能够获得内爆速度和剩余质量等内爆动力学重要的物理量,实现烧蚀层材料、厚度以及激光波形等参数的优化。近几年在神光系列装置上,演示了常规的应用狭缝成像的内爆烧蚀压缩过程测量技术,发展了基于球面弯晶成像的高分辨单能内爆烧蚀压缩过程测量技术。通过对球面弯晶成像系统设计的持续改进以及内爆烧蚀压缩过程测量技术的优化,结合实验室和系统原位标定结果,建立了高分辨的内爆压缩流线诊断技术,采用替代靶方式,实现内了爆速度不确定度2.1%的测量精度。