LMJ状态:第五大束投入运行及拍瓦级激光耦合

发布时间: 2019-05-20 14:45:59   作者:本站编辑   来源: Proc. SPIE   浏览次数:

 

  法国兆焦耳激光装置(Laser Megajoule facility, LMJ)由CEA研发,其基础是176路钕玻璃激光束聚焦在位于10米直径球形靶室内的微米靶上。该装置将可在0.35微米的紫外光波段输出1.4MJ的能量,且最大功率可达400TW。为了完善LMJ的实验能力,一路名为PETAL的拍瓦激光器已加入LMJ光路中。PETAL可提供一路高能量的光束,并与LMJ的纳秒光束同步。这一组合扩展了LMJ在高能量密度物理(HEDP)的实验领域。LMJ-PETAL对学术研究团体的开放时间占了装置运行时间的20-30%

  随着201410LMJ首次运行(第一大束8路激光)及在2016年底的第二步两大束投入运行,已完成了几项实验工作。新大束的安装仍在继续,且与等离子体实验同步进行。LMJ第一期核试验已经完成,并考虑了由PETAL产生的高能粒子及氘-氘聚变反应产生的中子。接下来的几期将考虑使用氚靶。超过三分之一的激光大束完成装配,40路激光投入运行,九台等离子体诊断设备在线(包括4台专用于拍瓦物理)。2019下一个里程碑是:第一个使用40路激光的物理实验,两路新加大束的试运行,以及首次具有中子产出的实验。

  1.   

  兆焦耳激光装置(LMJ),由法国原子能和能源委员会(CEA)研发,旨在为高能密度物理(HEDP)研究提供实验能力。LMJ是仿真程序的基石,其结合了物理模型,高性能数值仿真及实验验证的改进,以保障法国威慑性武器的安全性和可靠性。完成后,LMJ将可在0.35微米(三倍频)波段输出1.4MJ的能量,并具有400TW的最大功率。

  LMJ包含了176路光束,分成22大束,每大束8路激光。这些将放置在排布于60米直径,40米高的中央靶湾两侧的四个激光湾内。靶室及辅助设备位于靶湾的中心。第一大束的八路激光已于2014年底投入运行。第二大束也于2016年底以相同的运行流程投入运行。新加的三个大束从2018年底开始工作,而第一次使用40路运行激光的实验将于2019年上半年进行。PETAL项目由附加于LMJ装置的一路短脉冲(0.510皮秒),超高功率(17拍瓦),高能量(13.5kJ)光束组成。PETAL提供了一束非常高强度的拍瓦光束,并与LMJ的纳秒光束同步。LMJ第一期核试验已经完成,并考虑了由PETAL产生的高能粒子及氘-氘聚变反应产生的中子。接下来的几期将考虑使用氚靶。

  本文介绍了LMJ装置的状态,包括PETAL,拍瓦级激光器,新的靶诊断设备,及一些用于增强性能的辅助设备。已提出的一些物理实验用于演示使用LMJ光束,PETAL光束或纳秒光束和皮秒光束耦合的装置性能。

  2.    LMJ设置

  2.1 LMJ基础光路

  176路光束(每束37×35.6cm²)分成22大束,每大束8路光束。在分光区,每个单独的大束会分成两个四联束,这是用于物理实验的基本独立单元,并导向靶室的上下半球。基本上,一路LMJ光束由三部分组成:前端,放大部分,分光及终端光学组件。前端输出初始的激光脉冲(最大500mJ)。其提供了所需要的时间脉冲波形及空间能量分布。

  初始脉冲离开前端后经过两级放大器,被放大了四次,用以获得实验所需的能量(每束最大基频能量15kJ)。位于两级放大器之间的是聚焦透镜和光阑(空间滤波器小孔)的组合,其去除了可能出现的寄生(噪声)光束。在两级放大器上方是反射镜(M1),通过角分复用技术使得四程通过成为可能,如图1所示。该反射镜的表面是可变形的(由电-机制动器控制),使光束波前畸变得到控制。

  

  1. 激光光路示意图

  3.    PETALLMJ装置内的拍瓦级激光器

  PETAL项目由附加于LMJ装置的一路短脉冲(0.510皮秒),超高功率(17拍瓦),高能量(13.5kJ)光束组成(见图2)。PETAL光束聚焦于靶室的赤道面上。

  3.1 PETAL 结构

  PETAL激光器基于结合了光参量放大(OPA)的啁啾脉冲放大技术(CPA)。其前端包含一台标准的钛蓝宝石锁模振荡器,并以77.76MHz的频率输出3nJ/100fs/16nm1053nm波长的脉冲。该脉冲在Offner展宽器内经过八程后展宽至9ns。随后脉冲进入包含OPA和泵浦光的预放模块(PAM)。OPA方案由串联的两个LBO晶体和一个BBO晶体组成。目前已验证可获得发次间稳定性优于2%150mJ放大信号脉冲

  

  2  PETAL的安装启用。PETAL光束聚焦于靶室的赤道面上

  4.    LMJPETAL的靶诊断设备

  九台靶诊断设备目前正围绕靶室工作,在2019年底四台新的诊断设备又将投入运行。表2概括了这些诊断设备的不同功能和主要特性。某些诊断设备使用SID(诊断设备插入系统)实现可插入性。SID是一种可伸缩系统,可为靠近靶室中心的诊断设备提供精确定位。一台150千克的诊断设备可达到50微米的定位精度。四台SID目前投入运行:三台位于靶室的赤道面上,另一台位于靶室上半球的极点位置。

  1 靶诊断设备描述

  

  5.   

  自从2014年底LMJ首个大束运行以来,使用LMJPETAL已经完成了超过300发次的到靶发射。这些包括用于测量光束在靶上指向精度的激光发次,新的靶诊断设备试运行所需的发次,以及物理实验。一般而言,只有一个班次用于实验,在这种情况下,装置一天能完成一发实验。当实验同时需要LMJPETAL时,发次间的周期变得更长,此类实验可能需要两天的时间,包括准备,发射及发射后操作。

  6.   

  LMJ装置目前可运行的有LMJ五个大束(40路光束)及PETAL,一路拍瓦级激光器。PETALLMJ的组合拓展了激光装置的通用性。

  自从2014年装置投入运行以来,其能力在持续地增长中。我们正在使用第三种实验配置(见图3),并将于2019年底进行到第四种配置。这意味着今年:将完成新的两大束装配,新的两大束开始运行,并投入4台新运行的靶诊断设备。

  PETAL2019年也将随着新的光学件和焦斑优化项目持续地得到提升。

  首次氘-氘聚变实验计划于2019年在LMJ上进行,一些使用LMJPETAL的学术实验也将进行。

  

  3 实验配置

  摘译自:LMJ status: fifth bundle commissioning and PW class laser coupling. M. Nicolaizeau; J.-L. Miquel. Proc. SPIE 10898, 1089802

我来说两句
您尚未登录,请登录后发布评论! 【马上登录
评论列表
已有 0 条评论(查看更多评论)
友情链接
 
电话:021-69918000 传真:021-69918800
360网站安全检测平台 Powered by SIOM Copyright © 2014 www.siom.ac.cn, All Rights Reserved pv总量 访客数总量