[發(fā)明專利]生成能夠有效抑制參量不穩(wěn)定的激光的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711120810.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107863160B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙耀;翁蘇明;陳民;鄭君;盛政明;張杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G21B1/23
• 分類號(hào): G21B1/23;G02B27/10
• 代理公司: 上海一平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 姜龍;翁霞

本發(fā)明公開(kāi)了一種生成能夠有效抑制激光等離子體參量不穩(wěn)定的激光的方法，包括將一束光的能量分散到多束子束激光中，并使得該多束子束激光之間不相互耦合，以及使得該多束子束激光的每一束子束激光單獨(dú)達(dá)不到激發(fā)參量不穩(wěn)定的閾值。本發(fā)明還提供了一種生成能夠有效抑制參量不穩(wěn)定的激光的裝置，包括子束激光產(chǎn)生器和子束激光合成器。通過(guò)本發(fā)明的方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)激光等離子體參量不穩(wěn)定的充分抑制，同時(shí)還提供了一種實(shí)現(xiàn)激光慣性約束核聚變的驅(qū)動(dòng)激光設(shè)計(jì)，能大幅提升激光與靶的耦合效率并減少熱電子的產(chǎn)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核聚變領(lǐng)域，具體涉及一種生成能夠有效抑制參量不穩(wěn)定的激光的方法及裝置。

背景技術(shù)

由于資源和環(huán)境的限制，開(kāi)發(fā)一種可以長(zhǎng)久利用的能源是人類必須要解決的問(wèn)題。其中受控核聚變一旦實(shí)現(xiàn)，將最終解決人類可持續(xù)發(fā)展所需要的能源問(wèn)題。

激光驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變是實(shí)現(xiàn)受控核聚變的重要途徑之一。但受制于激光與聚變靶作用中的各種不穩(wěn)定，激光與靶的耦合效率不夠高，使得激光聚變目前仍然面臨巨大困難。其中激光等離子體的參量不穩(wěn)定性是制約實(shí)現(xiàn)慣性約束點(diǎn)火的主要瓶頸之一。從上世紀(jì)六十年代以來(lái)，多種參量不穩(wěn)定機(jī)制被發(fā)現(xiàn)，并被廣泛研究。例如受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,簡(jiǎn)稱為SRS)、受激布里淵散射(Stimulated BrillouinScattering，簡(jiǎn)稱為SBS)和雙等離子體衰變(Two-plasmon decay,簡(jiǎn)稱為TPD)等。這三種不穩(wěn)定(SRS、SBS和TPD)是激光慣性約束聚變中非常重要的參量不穩(wěn)定機(jī)制，普遍存在于直接驅(qū)動(dòng)、間接驅(qū)動(dòng)等激光聚變點(diǎn)火方式中。美國(guó)NIF激光裝置沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的聚變靶點(diǎn)火條件，說(shuō)明人們對(duì)于激光等離子體相互作用的認(rèn)識(shí)還有很多不明晰的地方，對(duì)參量不穩(wěn)定過(guò)程的控制還遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

激光慣性約束點(diǎn)火主要有兩種可行的方式：直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)是將激光直接均勻輻照到球型靶上，燒蝕靶表面的燃料產(chǎn)生熱等離子體，激光在等離子體中產(chǎn)生激波從而壓縮靶丸達(dá)到點(diǎn)火。這一機(jī)制中，參量不穩(wěn)定產(chǎn)生于激光與靶丸表面的等離子體相互作用。間接驅(qū)動(dòng)是激光照射到黑腔的內(nèi)壁產(chǎn)生X射線，然后X射線輻照到球型靶丸上產(chǎn)生燒蝕、壓縮、點(diǎn)火。這一機(jī)制中，激光與黑腔中的低密度氣體相互作用是產(chǎn)生參量不穩(wěn)定的主要來(lái)源。

無(wú)論是哪種驅(qū)動(dòng)方式，抑制參量不穩(wěn)定都是極為重要的。SRS和TPD能夠產(chǎn)生超熱電子預(yù)熱靶丸，使燃料的熵增量高于規(guī)定值，從而破壞內(nèi)爆的壓縮過(guò)程。SRS和SBS能夠散射入射激光，造成激光能量的損失，降低激光與靶之間的能量耦合效率。同時(shí)，激光等離子體的相互作用能夠影響輻照的均勻性，從而進(jìn)一步激發(fā)流體不穩(wěn)定。例如，激光在流動(dòng)的等離子體中會(huì)發(fā)生偏折，多光束激發(fā)的離子聲波能產(chǎn)生束間能量交換，激光自聚焦和成絲不穩(wěn)定能改變激光空間分布的均勻性。

由此可見(jiàn)，尋找一種能夠完全抑制參量不穩(wěn)定的方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)激光受控核聚變非常關(guān)鍵。以往的工作提出了一定的激光帶寬可以降低不穩(wěn)定的線性增長(zhǎng)率，但沒(méi)有給出完全抑制參量不穩(wěn)定的方案以及定量的閾值條件，因此在應(yīng)用中存在很多缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種生成能夠有效抑制參量不穩(wěn)定的激光的方法及裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種生成能夠有效抑制參量不穩(wěn)定的激光的方法，包括將一束光的能量分散到多束子束激光中，并使得該多束子束激光之間不相互耦合，以及使得所述多束子束激光的每一束子束激光單獨(dú)達(dá)不到激發(fā)參量不穩(wěn)定的閾值。

較佳地，所述方法包括選擇多束子束激光之間的頻率差，從而使得所述多束子束激光之間不相互耦合。

較佳地，通過(guò)以下方法計(jì)算所述多束子束激光之間的頻率差：假定子束激光功率為P_beamlet，相鄰子束激光間的頻率差是δω，需要最終合成的激光達(dá)到的峰值功率為P_beam，則需要的子束激光數(shù)量N＝P_beam/P_beamlet。