离子束快点火相关基础的理论与模拟研究

Inertial confinement fusion (ICF) is one of two major branches of controlled thermonuclear fusion energy research. The ignition method is one of key problems for ICF with a sufficient energy gain. Fast ignition by ion beam is a new method being explored in the world. We will explore new or composite mechanism for ions acceleration by strong laser pulse, to obtain quasi mono-energetic ion beam which can be used to fast ignition; and develop simulation codes to study the transportation and energy deposition of ions beam in high density plasma, to find the optimized scheme for ions beam fast ignition. It is possible for this project to propose a new scheme of fast ignition to fill the requirement of national major research program, to propose new method to produce high quality ions beam for novel application based on the understand on nonlinear interaction between strong laser and plasma.

惯性约束聚变是两种可控核聚变能源研究中的一种，其点火方式是能否实现高能量增益的聚变反应的关键之一。离子束快点火方案是目前世界正在探索中的快点火方案之一。要实现离子束快点火，对离子束的参数要求非常苛刻，要求离子束单能性好、发散角小，而且有足够的束流强度和产生效率。本项目将在我们多年的前期工作基础上，通过理论和模拟研究重点探索激光加速离子的各种新机制或复合机制，以寻求将激光能量高效率转换为高能离子束能量的物理方案；研制相关模拟计算程序，研究离子束在高密度等离子体中的输运和能量沉积过程，以确定快点火所需离子束的参数优化方案；为相关实验验证提供理论指导。本项目配合国家重大专项相关研究开展基础研究，不仅有可能提出具有创新性的聚变点火新方案，为国家重大需求做贡献，同时可以帮助我们更好地理解激光与等离子体的非线性相互作用，也有可能提出有其他重要应用的高质量离子束产生的新方案。

惯性约束聚变是两种可控核聚变能源研究中的一种，其点火方式是能否实现高能量增益的 聚变反应的关键之一。离子束快点火方案是目前世界正在探索中的快点火方案之一。要实现离子束快点火，对离子束的参数要求非常苛刻，要求离子束单能性好、发散角小，而且有足够的束流强度和产生效率。本项目在我们多年的前期工作基础上，通过理论和模拟，研究了激光加速离子的各种机制，特别是复合机制，以寻求将激光能量高效率转换为离子束能量的物理方案。通过项目的实施，发展了具有自主知识产权的并行化相对论性全电磁的激光等离子体粒子模拟程序Opic2.0，不仅为本项目的研究提供强有力的工具，更为后续研究提供了基础。对激光加速粒子的机制有了更深的理解，特别对复合机制有了新认识，发现预等离子体和预脉冲可以显著提高激光加速离子的效率和品质，这不仅对激光粒子加速有帮助，还为惯性约束快点新方案设计提供了新思路。通过本项目的实施也培养年轻人才。