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中国公开聚龙一号:新时期核武研制标志性装置(图)

www.sinoca.com 2014-10-17  中国科学报


王勐(右一)和科研人员在检测设备

  2005年,项目负责人邓建军研究员、脉冲功率研究室主任谢卫平研究员带领团队结合装置研制特点,原创性地提出了采用12台激光器、每台激光器触发两个开关的技术路线,这样既能保证开关触发的同步性,触发光路也极为简化,原理上具有非常优越的性能;同时具备维护和运行效率高的特点。

  由于国际上毫无先例,当时这方案甫一提出,受到了国内部分相关专家的质疑。在激光触发方案专题论证咨询会上,国内从事激光器研究的权威专家认为,国内尚无满足要求的激光器,而且按照这种激光器的常规的控制方式和水平,出光时间要达到所需的精度几乎是不现实的。

  面对诸多质疑,邓建军率领项目组在开展了大量关键技术攻关的基础上,进一步对方案和验证性样机相关实验数据进行了充分的分析和细致论证,证实了该方案可行性,并最终取得了成功。在随后2006年的首届亚欧脉冲功率会议上,聚龙一号项目团队交流了激光开关的技术方案,引起了美方的高度重视。2007年,美国圣地亚实验室Z装置升级完成,其激光开关的触发方案也改为由36台小激光器触发,再次证明了这一方案的先进性。

  总体技术方案既定,标志着聚龙一号装置研制的大幕正式拉开。这将是漫长的远征,在这条路上将会有激流险滩般的高歌猛进,也会有深山峡谷般的跌宕起伏。然众志成城何惧艰难险阻,且看沧海横流英雄聚、云起龙骧写豪情!流体物理研究所科研人员在每一个岗位上都焕发出最大的创造活力,汇聚成为无坚不摧的洪流!

  成就

  汇聚能量绽放异彩

  凝众人之智,聚集体之力,终于换来了龙腾九霄!2012年3月,聚龙一号装置整机安装工作全部结束。直径约33米、高度近7米的聚龙一号装置傲然矗立。它由储能系统、脉冲形成与传输系统、电流汇聚系统、物理负载系统和辅助系统等组成,包含了1440台脉冲电容器、720个场畸变开关、24台激光触发气体开关、12台高性能激光器。

  2013年6月,由国内加速器、脉冲功率技术和等离子体物理专家组成的测试组,对聚龙一号装置相关技术指标进行现场测试。测试结果表明,在驱动箔套筒负载条件下,装置输出了近千万安培峰值电流;在钨丝阵Z箍缩负载条件下,装置输出了九百万安培峰值电流,X射线辐射产额达590千焦耳,X射线峰值辐射功率达到47万亿瓦。装置输出电流的水平处于国际同类装置的先进水平!  

安装于聚龙一号装置靶区的单层钨丝阵负载

  左1~3:单层钨丝阵等离子体三个内爆时刻的X射线分幅图像

  右1:典型钨丝阵加载负载电流(黑)和X射线功率波形(红)

  神兵在手,且看我剑指苍穹!邓建军、谢卫平等针对聚龙一号的性能特点,配合当前的研究重点内容,对测试实验和物理实验进行了统筹策划。通过以聚龙一号这一大型多路并联的超高功率脉冲强流装置为加载平台,在长脉冲和短脉冲两种工作模式下,驱动不同类型的物理负载,产生超高压、超高温、强辐射、强磁场等极端物理环境,进一步深入开展强X射线辐射源相关物理研究、脉冲功率驱动的聚变科学与技术研究、重大基础前沿科学研究及探索。

  在所开展的七百万至九百万安培电流驱动水平下的丝阵等离子体内爆物理实验中,科研人员在国内首次获得了功率大于50万亿瓦、能量大于500千焦的X光辐射,以及清晰的丝阵内爆图像。在五百万至七百万安培长脉冲电流驱动下的磁驱动准等熵压缩物理实验研究中,超高速飞片发射达到的峰值速度约每秒11.5公里,获得了达到120万大气压的峰值磁压力,这是目前国内脉冲功率技术领域所能获取准等熵压力的最高值。此外还开展了多路超高功率脉冲装置分时放电技术、高功率密度能量传输与汇聚等高功率脉冲技术的实验研究。截至2014年6月,经过共计120余次实验的历练,不仅充分证明了聚龙一号装置能够产生瞬间功率高达数十万亿瓦、温度数百万度的X射线辐射,也可以产生高达数百万大气压的加载压力,同时利用该装置取得了一批达到国际先进水平的Z箍缩物理实验结果。

  2013年10月10日,聚龙一号顺利通过了国家级鉴定。这一项目的建设,为该技术领域新概念和长远发展方向探索奠定了重要基础,成为我国高功率脉冲技术发展的又一个里程碑!

  2014年6月,在美国华盛顿举行的第41届国际等离子体科学会议暨第20届国际高功率离子束学术会议上,邓建军受大会组委会邀请,作了题为“Overview of pulsed power researches at CAEP(中物院脉冲功率技术研究概述)”的全体大会特邀报告。报告对中物院在脉冲功率科学领域的发展进行了阐述,对取得的成果和进展进行了交流,引起了国际上的极大关注和高度赞誉,美、俄、法等国的参会专家纷纷表达了想与我国合作开展研究的意愿。

  聚龙一号项目的成功,是我国在新的历史时期,核武器科学技术研究实验设施的重大进展,将对核武器物理研究产生重要的影响。同时,也将为聚变能源科学、材料科学等前沿科技的发展创造有利的条件。项目研究过程中的重重难关造就了一支素质良好、善于协同攻关、能打硬仗的队伍,在科研管理、装置设计、物理实验技术、理论和数值模拟、负载及靶的制备技术以及诊断技术等方面积累了雄厚的底蕴。

  未来,在超高功率脉冲技术的大舞台上,且看中国人的矫然身姿!加拿大华人网 http://www.sinoca.com/



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