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滨松成功研制用于激光核聚变实验的新型激光光束系统
发布时间:2018-10-19
滨松公司完成了用于激光核聚变实验的新的激光光束系统,它在对靶丸施加100焦耳(下面称J)级激光照射,在100万气压的条件下也可以实现测量。根据测量的结果,优化激光照射条件,通过提高对靶丸施加压力,使核聚变更容易发生,在推进针对激光核聚变实用化的同时,进一步继续高重复的激光核聚变的基础研究和应用研究。

此外,使用该设备的研究成果将于10月22日(星期一)至10月27日(星期六),为期6天,在印度吉吉拉特班州的艾哈迈达巴德举办的国际会议“第27届国际原子能机构(IAEA)核聚变能源会议”上发表。

我们开发了用于激光核聚变的激光泵浦用高功率半导体激光器(以下称LD),并进行了对引起激光核聚变的高重复激光核聚变相关的基础研究和应用研究。在2014年建成的激光照射大楼里,采用100J级激光,传输激光的光束管,大型的球状腔室构建了利用激光光束来进行激光等离子相关的基础实验。由于通过对燃料施加大约100万气压左右的高压,实现均匀压缩更加容易发生核聚变。因此优化激光的照射条件,进一步提高压力,我们必须把握好给燃料施加的压力,创造最佳的发生环境。

此次,采用我公司生产的条纹相机,测量在每1亿分之1秒的极短时间内,激光照射靶丸上产生的压力,直至100万气压的变化情况,同时调整100J级激光在时间上的功率变化,实现高压力的环境。目前,虽然对靶提高到30万气压已经成功实现,但通过优化激光的照射条件,给靶施加的压力提高至100万气压更容易发生核聚变,因此我们进一步推进面向激光核聚变实用化的高重复激光核聚变的基础研究和应用研究。此外,在通过应用激光照射产生的冲击波,对金属表面的施压使之硬化的激光喷丸等的激光加工方面,我们也进行了对金属施加压力和加工结果的相关研究,发现优化激光照射条件,可以提高加工效率。此外,也非常期待应用激光对碳等施加高压产生其他物质的高压合成方面的应用。

今后,在提高激光的功率、重复頻率的同时,完成可以施加100万气压以上的压力的实验环境,来推进高重复激光核聚变相关基础研究和应用研究,同时积极开拓新的产业应用。

※条纹相机:可以对在超短时间内引起的光学现象所伴随的光强在时间变化和空间信息进行测量。

核聚变是太阳能的来源。激光聚变是对氘等轻原子燃料进行激光照射压缩,加热后发生原子核相互聚合反应,释放出可被人类利用的中子,制造出能量的技术。纵观世界,在美国,法国,英国,中国,韩国和俄罗斯都有激光核聚变的实验设备在运转。滨松公司从2005年开始构建实现激光核聚变实用化的关键的高重复激光光束线,从2008年开始与光产业创成研究院大学、丰田汽车株式会社等机构共同进行采用10J激光的激光核聚变实用化的研究。 世界上主要的激光核聚变设备是对激光照射靶所带来的压力进行测量,采用氙灯泵浦100万级的激光作为激发光源获得高増益,进行大规模的实验,该光源需要冷却的时间,1天只能进行几次的激光照射。而滨松公司开发的LD与氙灯泵浦光源相比,可以实现从电能到光能的高效率转换,减少热量的产生,将它作为泵浦光源的激光器可以实现每2秒照射1次100J级激光,获取了更多的实验数据,可以有效的推进实验研究。


激光光束系统的结构和配置


100J级激光(照片左),和光束管(紫色的管)


光束管(照片内侧),腔室(照片中心),和条纹相机(腔室的右边)