第九届全国高能量密度物理会议

张杰 院士

双锥对撞点火方案中压缩加速与对撞过程研究进展

 

张杰1,2,3, 张喆1,3, 远晓辉2,3, 吴福源2,3, 杨晓虎4,3, 刘浩2,3,

袁鹏5,3,李玉同1,3,郑坚5,3马燕云4,3,刘运全6,3,朱健强7,3

1中国科学院物理研究所,北京   100190

2上海交通大学物理与天文学院激光等离子体实验室,上海  200240

3上海交通大学IFSA 协同创新中心,上海 200240

4国防科技大学文理学院,长沙  410073

5中国科技大学核科学技术学院,合肥  230022

6上海交通大学微米/纳米加工技术国家级重点实验室,上海   200240

7中国科学院上海光机所,上海  201800

 

 要: 为了实现对双锥对撞点火方案中的压缩、加速与对撞过程的优化设计,双锥对撞联合研究团队于2020年在神光II升级激光装置上进行了两轮实验,实验将8路三倍频激光分别聚焦在金锥内的CH球壳靶上,靶面辐照光强为8x1014-3x1015 W/cm2。实验使用了机器学习算法设计的等熵压缩波形,对激光能量吸收和前向烧蚀动能转换效率以及对撞过程中的能量转换效率进行测量,实验验证了优化设计波形对于提升激光能量吸收与转换效率的有效性。实验测量了冕区等离子体的密度标长、温度以及反向喷射速度,证明了优化设计波形在临界密度面附近有较大的密度标长,有利于形成稳定的烧蚀驱动,同时可以使激光等离子体不稳定性得到有效控制。实验对烧蚀效率进行了优化研究,发现当靶面辐照光强大于1015W/cm2时,对烧蚀效率起决定性作用的是主脉冲前沿斜率,只有在合适的斜率下,超热电子的能量才能在烧蚀区有效沉积。实验研究了多个弱冲击波相互作用产生低熵压缩以及在金锥中完成球对称内爆的过程,掌握了相关物理规律。实验对等熵压缩与加速后的等离子体喷出锥口的热力学参数进行了测量,对于5kJ的激光辐照能量,锥口面密度为30±1 mg/cm2,喷射速度为133 km/s。实验对由双锥喷射出的等离子体对撞过程进行了深入研究,实现了对撞等离子体的等容密度分布,高密度等容分布持续时间大于100ps;在两面金锥均为5kJ驱动能量的条件下,对撞中心的等离子体面密度为127±77 mg/cm2,中心密度可以达到46±24 g/cm3,在对撞过程中,等离子体动能向对撞等离子体内能的转化效率为89.5±11 %。2021年夏季实验现在正在进行中,实验的主要目的是对皮秒拍瓦激光产生快电子的过程进行优化以及研究强磁场对快电子的引导过程。

关键词:双锥对撞点火方案,激光等离子体不稳定性,烧蚀效率



报告人简介:

物理学家。2003年当选中国科学院院士、2007年当选德国国家科学院院士、2008年当选发展中国家科学院(TWAS)院士,2011年当选英国皇家工程院外籍院士、2012年当选美国国家科学院外籍院士。中共十七届、十八届中央候补委员,十三届全国政协常委。曾任上海交通大学校长,中国科学院副院长等职务。

主要从事激光聚变物理与高能量密度物理前沿研究。在激光等离子体X射线激光研究方面,曾多次打破X射线饱和输出的最短波长世界纪录;在快点火激光核聚变研究方面,在快电子的产生、定向传输和能量沉积的机理与实验实现方面取得突破性进展;在强激光实验室天体物理过程研究方面,揭示了太阳耀斑爆发过程中产生的环顶X射线源和重联喷流的物理机制;并因以上成就于2015年获得激光聚变和高能量密度物理研究领域国际最重要奖项-爱德华·泰勒奖章。还曾先后获中国青年科学家奖(1998)、香港“求是”杰出青年学者奖(1999)、 中国光学学会王大珩光学奖(2002)、中国物理学会饶毓泰物理奖(2003)、世界华人物理学会“亚洲成就奖”(2004)、何梁何利科技进步奖(2006)、国家自然科学二等奖(2006)、中国科学院杰出科技成就奖(2007)、第三世界科学院TWAS物理奖(2007)、中国科学十大进展(2011)、国家级教学成果一等奖(2014)、香港求是科技成就集体奖(2018)等重要学术奖项。

现任中国物理学会理事长,高能量密度物理专业委员会主任,香港特区研究基金委员会(RGC)委员,新加坡国家研究基金理事会海外专家委员等曾任亚太物理学会联合会(AAPPS)主席,香港特区高等教育资助委员会(UGC)委员,德国洪堡基金会(AvH)海外专家委员会委员等。

曾获得香港城市大学(2008)、英国女王大学(2010)、加拿大蒙特利尔大学(2011)、美国罗切斯特大学(2013)等大学的荣誉博士学位。