极向激光辐照氘氚冷冻靶均匀压缩研究

As the indirect drive strategy for ICF was frustrated recently, the NIF and LMJ are both looking for an alternative approach for ignition which is the direct drive concept. To reduce the operation time and cost, they have do lots of theoretical and experimental research on the novel direct drive concept with the indirect drive beam configuration unchanged-called polar direct drive (PDD). These works can surely provide basis for the ignition study and the diagnostic development, however, the research of PDD is still untouched in China. This paper firstly studies the impacts of the beam repointing directions and the focal spot profiles on the symmetry and uniformity of the target energy deposition with the two-dimensional hydro dynamic simulation, and then efficient optimization algorithm would be studied to obtain the proper beam repoiting direction, focal spot profile and laser pulse shape for each beam ring which would guarantee uniform target implosion and achieve high temperature and high fuel density condition. The impact of errors of laser radiation and target manufacture on the target implosion performance is also researched with the numerical simulations. The ShenGuang-Ⅲ laser facility plays a important role in the ICF plan in China, therefore the study in this paper takes this laser for example.

在间接驱动方案实现点火受挫的情况下，美国NIF、法国LMJ将目光投向了束靶耦合效率更高的直接驱动方案，为了节省时间和开支，两者同时对一种不改变现有间接驱动光路排布的两极直接驱动方案开展了大量的理论和实验研究，为未来可能的点火方案的确定以及各种探测诊断技术的发展打下了基础，而目前国内对两极直接驱动的研究仍是空白。本项目基于二维辐射流体力学模拟研究光束指向，焦斑形态对靶丸能量沉积对称性与均匀性的影响规律，并通过研究高效的优化算法对各环光束指向，焦斑形态和各环脉冲瞬时功率比进行优化，以实现靶丸均匀内爆，得到高温高密度状态，为点火物理研究提供条件。本项目还将研究各种辐照场和靶误差源对靶丸内爆表现的影响规律。神光-Ⅲ主机装置是我国ICF研究的重要装置之一，本项目研究借助神光III主机装置开展研究工作。

2012年，间接驱动方案实现点火受挫，美国NIF与法国LMJ同时对一种不改变现有间接驱动光路排布――两极直接驱动方案，开展了大量的理论和实验研究，为未来点火方案的确定以及各种探测诊断技术的发展打下了基础。将间接驱动激光装置用于直接驱动，首先要解决靶球表面均匀辐照的问题。本文建立了描述激光装置激光束空间分布的一般性方法，并对激光束的姿态调整进行了建模实现。针对广泛使用的球形靶，对靶球表面辐照不均匀度原因进行了分析，采用逆向推导的方法得出了实现绝对均匀辐照所需的激光束内光强分布，并用一系列方法进行了改进。进一步综合考虑能够影响辐照均匀性的多个因素，并引入智能优化算法进行优化求解，该方法具有普遍意义。最后，基于神光III主机装置的激光排布，通过优化激光束内光强分布，将锥壳靶表面的光强分布均方根偏差降低到了1.0%。目前国际上的大部分激光聚变装置均是基于间接驱动设计的，在目前激光聚变装置输出能量一定的情况下，如果能够将间接驱动激光装置用于直接驱动点火，则将大大提高耦合效率，这是非常有意义的。