六通黑腔是我国独立自主设计的新型激光惯性约束聚变驱动腔型。在大型激光装置上采用全束组注入方式, 首次获得了新型六通黑腔10~20倍收缩比综合内爆完整配套实验数据, 实现最高YOC2D(实验产额/二维模拟产额)达80.4%的综合内爆性能。

基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆，通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性，演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力， 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标；其中，真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.9×1012，YOC达到60%；充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.4×1012，YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。

在神光Ⅲ主机装置上，利用已经建成的两个激光束组，开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验，是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400 μm×2100 μm黑腔，500 μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料，激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明，实验黑腔的耦合效率约为50%；使用的黑腔偏长，靶丸被压缩为“薄饼形”；中子产额和激光能量正相关；中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。

在神光Ⅲ原型装置上利用八路6400 J/1 ns激光注入1100 μm×1850 μm的黑腔内产生210 eV的高温辐射场,均匀辐照填充氘氘燃料的靶丸实现内爆.实验中选择高气压薄壳靶丸实现纯冲击波聚心内爆.通过闪烁体探测器、中子条纹相机等多套诊断设备获取了中子产额、聚变反应时刻等关键内爆参数.结合一维数值模拟表明,实验测量的中子产额与干净一维数值模拟计算的中子产额之比达到90%;同时通过人为破坏内爆对称性等方式表明,该设计下内爆中子产生机制集中于冲击波聚心,其内爆性能受到高维因素影响极低,从而实现了准一维内爆.

基于X光微点源装置,从实验角度验证了半影成像的原理.利用针孔成像,直接测量了微点源源区图像;给出了半影孔成像、半影锥成像和环孔成像原理,以及在微点源的半影成像结果和维纳滤波重建结果.从实验结果可知:半影锥成像具有与半影孔成像相同的诊断能力,两种方法的重建图像尺寸与源尺寸一致;环孔成像的诊断能力更好,重建图像的尺寸和形状更接近源图像.

激光间接驱动惯性约束聚变利用辐射烧蚀驱动靶丸球形内爆, 在减速阶段将内爆动能转化成热斑内能, 同时压缩燃料, 达到点火条件, 实现聚变点火。根据目前认识, 影响内爆压缩过程的主要因素包括内爆对称性、燃料熵增因子、内爆速度和混合。内爆物理实验研究的目的是发展对上述影响因素的实验表征方法, 获取这些影响因素随靶设计参数的变化规律, 建立相应的实验调控能力, 最终达到不断提升内爆性能的目的。为此, 在内爆对称性方面, 开展了Bi球自发光实验, 用于研究点火脉冲前2 ns驱动不对称性; 在内爆速度方面, 开展了球面弯晶单能流线实验, 测量得到内爆速度和剩余质量随时间的变化; 在混合方面, 开展了内壳层示踪涂层内爆混合实验, 测量得到环形发光图像。为考察综合内爆性能, 在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上开展了DT内爆实验, 获得了中子产额随初始靶参数的变化规律。

在激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)领域中, 获得具有极高空间分辨率(优于5 μm)的X射线辐射图像, 是研究烧蚀不稳定性、内爆流线等关键物理过程的数据基础。基于掠入射反射式成像原理的Kirkpatrick-Baez(KB)显微成像系统作为一种具有高空间分辨率和集光效率的X射线显微诊断设备, 目前已成为国际ICF装置的X射线关键诊断设备。在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置条件上开展了KB诊断技术及设备的研究, 在KB系统的光学设计、光学元件和物镜与系统装调技术等方面取得了许多重要进展, 研制了大视场KB、多色KB等高分辨率X射线显微成像系统。这些系统已应用于我国的ICF内爆芯部发光和流线测量、流体不稳定增长测量等实验中, 为关键物理量的测量提供了高空间分辨率的清晰图像。

利用三维视角因子软件IRAD3D研究了神光-Ⅲ主机靶丸表面辐射驱动时变对称性和驱动强度随黑腔腔形和排布方式的变化。模拟结果表明: 采用椭球形黑腔能显著减小黑腔壁面积从而减小腔壁能量消耗并提高靶丸消耗份额; 不同腔形和排布方式下均可通过调节腔长使勒让德不对称性模P2时间积分量较小; 采用双环辐照和椭球腔形都利于缩短腔长; 四环排布利于调节P4分量, 但环向不对称性M4较差; 椭球腔双环排布能兼顾极向不对称性P2, P4和环向不对称性M4, 且靶丸表面X光驱动强度相对柱腔双环提高25%~27%。

引入守恒格式的自相似解计算黑腔X射线能流时空分布，通过视角因子方法计算靶丸表面入射能流分布，从而进行惯性约束聚变辐射驱动时变对称性分析。分析了光斑运动、激光脉冲波形及靶丸装配偏差对靶丸辐照均匀性的影响。以二阶分量时间积分值为优化目标，最佳腔长计算值与内爆对称性调节实验结果相符，内爆腔靶组合参数扫描得到的最佳长径比与NIF目前实验值相当，模型有效性得到验证。