作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,等离子体物理重点实验室,四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088
3 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室,四川 绵阳 621010
为了给快点火集成耦合效率的计算提供关键参数,并为后期高密度压缩奠定高能背光的诊断基础,在神光-Ⅱ升级装置上利用皮秒短脉冲激光驱动产生了X射线背光源,测量了成像分辨率、光通量,获得了短脉冲背光源的辐射特性,进一步成功演示了基于这种短脉冲背光照相技术的间接驱动快点火预压缩密度诊断。实验所得图像与模拟图像结构一致,实测压缩过程中的面密度达到50 mg/cm2。实验还发现了压缩不对称引起的流体不稳定性特征,为后续实验提供了改进方向。
快点火 预压缩 短脉冲背光成像 密度诊断 fast ignition pre-compression short-pulse backlighting density diagnostics 
强激光与粒子束
2020, 32(4): 042001
S.M. Weng 1,2,*Z.M. Sheng 1,2,3M. Murakami 4M. Chen 1,2[ ... ]J. Zhang 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory for Laser Plasmas (MoE), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 SUPA, Department of Physics, University of Strathclyde, Glasgow G4 0NG, UK
4 Institute of Laser Engineering, Osaka University, Osaka 565-0871, Japan
In contrast to ion beams produced by conventional accelerators, ion beams accelerated by ultrashort intense laser pulses have advantages of ultrashort bunch duration and ultrahigh density, which are achieved in compact size. However, it is still challenging to simultaneously enhance their quality and yield for practical applications such as fast ion ignition of inertial confinement fusion. Compared with other mechanisms of laser-driven ion acceleration, the hole-boring radiation pressure acceleration has a special advantage in generating high-fluence ion beams suitable for the creation of high energy density state of matters. In this paper, we present a review on some theoretical and numerical studies of the hole-boring radiation pressure acceleration. First we discuss the typical field structure associated with this mechanism, its intrinsic feature of oscillations, and the underling physics. Then we will review some recently proposed schemes to enhance the beam quality and the efficiency in the hole-boring radiation pressure acceleration, such as matching laser intensity profile with target density profile, and using two-ion-species targets. Based on this, we propose an integrated scheme for efficient high-quality hole-boring radiation pressure acceleration, in which the longitudinal density profile of a composite target as well as the laser transverse intensity profile are tailored according to the matching condition.
Laser-driven ion acceleration Radiation pressure acceleration Fast ignition Inertial confinement fusion High energy density Hole boring 
Matter and Radiation at Extremes
2018, 3(1): 28
Author Affiliations
Abstract
1 ETSI Aeronautica y del Espacio, Universidad Politecnica de Madrid, Madrid, Spain
2 Institute of Laser Engineering, Osaka University, Osaka, Japan
Proton generation, transport and interaction with hollow cone targets are investigated by means of two-dimensional PIC simulations. A scaled-down hollow cone with gold walls, a carbon tip and a curved hydrogen foil inside the cone has been considered. Proton acceleration is driven by a 1020 W?cm2 and 1 ps laser pulse focused on the hydrogen foil. Simulations show an important surface current at the cone walls which generates a magnetic field. This magnetic field is dragged by the quasi-neutral plasma formed by fast protons and co-moving electrons when they propagate towards the cone tip. As a result, a tens of kT Bz field is set up at the cone tip, which is strong enough to deflect the protons and increase the beam divergence substantially. We propose using heavy materials at the cone tip and increasing the laser intensity in order to mitigate magnetic field generation and proton beam divergence.
Inertial fusion energy Inertial fusion energy Ion fast ignition Ion fast ignition Laser driven ion acceleration Laser driven ion acceleration 
Matter and Radiation at Extremes
2017, 2(1): 28
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Nuclear Fusion, Polytechnic University of Madrid, Spain
2 Applied Physics Division, Soreq NRC Yavne, Israel
3 42 Beery, Rehovot, Israel
The laser-induced relativistic shock waves are described. The shock waves can be created directly by a high irradiance laser or indirectly by a laser acceleration of a foil that collides with a second static foil. A special case of interest is the creation of laser-induced fusion where the created alpha particles create a detonation wave. A novel application is suggested with the shock wave or the detonation wave to ignite a pre-compressed target. In particular, the deuterium–tritium fusion is considered. It is suggested that the collision of two laser accelerated foils might serve as a novel relativistic accelerator for bulk material collisions.
fast ignition fast ignition laser piston model laser piston model relativistic shock waves relativistic shock waves ultra-intense lasers ultra-intense lasers 
High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(3): 03000e25
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
在神光Ⅱ升级装置上完成了国际上首次间接驱动快点火集成实验。实验采用双台阶脉冲整形激光注入黑腔产生X射线准等熵压缩锥壳靶,实现了高密度压缩,然后采用皮秒超短脉冲激光注入加热燃料。实验中观测到中子产额由皮秒激光注入前的5×103增加到2.2×105,中子产额增益达到44倍,实验证实了皮秒激光具有明显燃料加热效果。该实验为进一步开展快点火热斑形成效率和相关物理研究奠定了基础。
激光聚变 快点火 集成实验 中子产额 laser fusion fast ignition integrated experiment neutron yield 
强激光与粒子束
2015, 27(11): 110101
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 清华大学 工程物理系, 北京 100084
研究了基于间接驱动设计的神光Ⅲ原型装置在直接驱动方式下提供的辐照均匀程度,在考虑激光瞄准偏差以及激光束间能量偏差的情况下,通过优化激光光斑内部光强分布实现了球靶表面较高程度的均匀辐照。研究表明光强均方根随激光偏差的减小而降低。在优化结果基础上,分析了优化光强与实际光强的联系,指出可通过同步放缩具有长度量纲的量调整靶球表面平均光强,为后续靶设计提供了依据。最后,研究了优化结果在直接驱动快点火技术途径下的应用,分析了导引锥对激光传输的影响,表明当导引锥位于靶球两极方向,并且半锥角小于30°时,导引锥对锥外部靶球表面的光强分布影响较小,优化结果亦可应用于直接驱动快点火。
神光Ⅲ原型装置 直接驱动 均匀辐照 导引锥 快点火 Shenguang Ⅲ prototype facility direct drive illumination uniformity guiding cone fast ignition 
强激光与粒子束
2015, 27(9): 092010
蒋柏斌 1,2,*李国 2杜凯 2韦建军 1[ ... ]杨洪 2
作者单位
摘要
1 四川大学 原子与分子物理研究所,成都 610065
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
为解决快点火分解物理研究中锥丝靶的整体成型问题,基于超精密车削技术,提出了制备无缝、无胶锥丝靶的方法。通过建立的Au丝超精密切削成型过程中的微切削力模型,研究了相关工艺条件下微切削力对锥丝靶成型的影响。采用有限元分析方法和实验验证手段研究多种参数Au丝的切削变形问题,获得了微切削力条件下Au丝的变形规律。研究结果表明:微切削力对丝径 10 μm附近锥丝靶的成型影响较大,对丝径更大的锥丝靶则无明显影响。
惯性约束聚变 快点火 锥丝靶 超精密车削 切削力 ICF fast ignition cone-wire targets diamond turning cutting force 
强激光与粒子束
2015, 27(9): 092002
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621999
提出了一个快点火靶新型概念和结构分析, 在锥的尖端制作一个热斑大小的平台, 以避免燃料从锥方向逃逸; 在平台中间制作一个微纳米点, 以约束热电子发射。或者在平台上制作微纳米点阵列, 以抬高阿尔文效应限制的条件。考虑超热电子发射的静电势、材料的逸出功, 给出了热电子发射能量公式, 根据公式提出了关于快点火靶在材料和结构方面的优化条件和研究内容。比如, 提高超热电子发射的静电势, 和发射材料的选择等, 以优化超热电子的出射能量和方向。
快点火  平台 点发射 fast ignition target flat tip dot emit 
强激光与粒子束
2015, 27(3): 032032
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 10088
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
与中心点火相比, 快点火将压缩和点火过程分开, 大大放宽了对压缩对称性和驱动能量的要求。通过在神光Ⅱ激光装置上开展了快点火锥壳靶预压缩实验研究, 利用X射线背光分幅照相方法观察到了清晰完整的快点火锥壳靶内爆压缩过程, 并利用阿贝反演结合剩余烧蚀质量的方法得到了不同时刻燃料密度、面密度分布数据, 当前实验条件下获得的最大压缩密度和面密度分别为30 g/cm3和50 mg/cm2; 为解决金柱腔M带对导引锥的预热以及由此导致的燃料-锥体材料混合问题, 提出了一种在锥体表面镀低Z材料的方法, 实验和辐射流体数值模拟结果验证了该方法的有效性, 该方法的成功解决了间接驱动快点火激光聚变的重要关键技术问题。
快点火 间接驱动 激光聚变 锥壳靶 燃料混合 fast ignition indirect drive laser fusion cone-in-shell target material mixing 
强激光与粒子束
2015, 27(3): 032017
吴思忠 1,2,*张华 1,2周沧涛 1,2吴俊峰 1[ ... ]贺贤土 1,2
作者单位
摘要
1 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
2 北京大学 应用物理与技术中心, 北京 100871
针对相对论快电子束在高密度压缩芯区等离子体中的能量沉积过程开展物理建模、程序研制和数值模拟研究。从等离子体粒子碰撞的基本物理出发, 综合考虑了高能电子与背景等离子体之间的短程两体碰撞过程和长程集体效应, 建立了相对论Fokker-Planck动理学模型, 通过采用球谐展开的方法, 推导得到了适于数值求解的方程形式并根据方程特点开展相应的数值算法研究及程序研制并完成了物理考核, 对快点火能量沉积的典型物理算例进行了模拟研究, 并针对即将在神光Ⅱ升级装置上开展的快点火物理实验进行了初步的物理分析。
快点火 相对论电子束 能量沉积 动理学 fast ignition relativistic electron beam energy deposition kinetic model 
强激光与粒子束
2015, 27(3): 032010

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