和NIF 類似,LMJ 的種子脈沖激光為1053nm 的紅外激光,能量在nJ 水平,脈寬在ns 水平,隨后通過釹玻璃構(gòu)成的預(yù)放大器,輸出能量達(dá)到焦耳量級,隨后分成多束激光,注入由更大口徑釹玻璃構(gòu)成的主放大器,LMJ 有22 個主放大鏈,每個放大鏈條包括8 路激光束。LMJ 采用了NIF 的四程放大技術(shù),將輸入能量放大約20,000 倍。然后采用放大器編組將176 激光束引導(dǎo)至終端光學(xué)元件,使用非線性晶體將紅外光轉(zhuǎn)換為紫外光后進(jìn)入靶室,同時作用在針狀的靶丸上,所有的激光束共有1.5MJ 的能量,相當(dāng)于以140 公里/小時的速度行進(jìn)的2 噸重的卡車攜帶的動能。NIF 裝置可以放出1.8MJ 的能量。
由于受到資金的制約,目前僅完成一個主放大鏈條。但CEA 的核武器研究負(fù)責(zé)人Fran.ois Geleznikoff 說:“不需要所有激光,目前的8 束激光同樣可以做一系列物理實驗。”另外,LMJ 以每年完成兩個鏈條(共16 束激光)的速度推進(jìn)項目建設(shè),預(yù)計10 年左右完成。到那時,每年可以用20%的機(jī)時進(jìn)行激光聚變能研究。法國theUniversity of Bordeaux 的等離子物理專家Dimitri Batani 說:“如果每年進(jìn)行50 發(fā)次的物理實驗,我們可以深入進(jìn)行激光聚變能研究。”
LMJ 項目與NIF 典型差別在于在LMJ 的裝置中增加了單獨一路激光PETawattAquitaine Laser (PETAL),其能量為3.5kJ,脈寬為ps 量級,脈沖的功率達(dá)到幾個拍瓦,較LMJ 裝置ns 脈沖輸出光束高100 倍。PETAL 脈沖僅從一個方向輻照靶丸,時間與激光主脈沖同步,在實驗中可以提供瞬時的高功率用于點火觸發(fā)或者作為頻閃光束用于成像診斷。
組合PETAL 和LMJ 的實驗條件,可以模擬星際空間環(huán)境。研究人員可以使用如此強(qiáng)的激光去加速質(zhì)子,做用于腫瘤治療的緊湊型加速器。對于激光聚變研究的科學(xué)家而言,最令人期待的是超短超強(qiáng)脈沖觸發(fā)聚變反應(yīng)的功能。
對于聚變能研究而言,其核心問題為靶丸設(shè)計,該靶丸包含用于聚變反應(yīng)的氘氚材料,靶丸放置在靶室中心,激光輻照靶丸時可以產(chǎn)生引起靶丸外圍燒蝕層材料燒蝕,其反作用力推動靶丸壓縮至100 倍的鉛密度及1 億度的高溫,從而實現(xiàn)點火。
對于NIF 和LMJ 的武器研究人員而言,目前采用了簡介驅(qū)動的點火方式,但靶的設(shè)計非常復(fù)雜,制作成本高,不適合進(jìn)行激光聚變能應(yīng)用。為此,選擇了直接驅(qū)動的點火方式,可以避免紫外光向X 光轉(zhuǎn)換過程能量損失及降低靶設(shè)計的復(fù)雜性。為了獲得對稱壓縮,需要延長靶壓縮時間,此時很難獲得足夠的能量實現(xiàn)點火,因此需要額外的激光輻照進(jìn)行觸發(fā),此類點火方式為快點火。Osaka University 首先進(jìn)行了快點火的嘗試。
最近低功率實驗表明,PETAL 的能量達(dá)不到快點火的要求。University of Rochester 首先嘗試了沖擊點火,首先使用主激光脈沖進(jìn)行靶丸壓縮,在脈沖后沿,提升激光的功率生成沖擊脈沖,當(dāng)沖擊脈沖達(dá)到靶丸中心時,瞬時沖擊觸發(fā)了反應(yīng)。
Rutherford Appleton Laboratory實驗室Central Laser Facility的聚變專家及HiPER的負(fù)責(zé)人Chris Edwards評價說:“Omega裝置的實驗確實令人鼓舞,沖擊點火的要求比快點火要低一些。”
轉(zhuǎn)載請注明出處。