謝興龍

(中國科學院 上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室，上海 201800)

引 言

自從發(fā)現(xiàn)熱核聚變是太陽的能源后，科學家們就已經(jīng)夢想能駕馭這種聚變的能量，但是將氫原子和氘氚聚合到一起，形成氦核并釋放出巨大的能量，同時形成可持續(xù)的自持燃燒,這一過程在地球上是極難實現(xiàn)的。實驗揭示，一場核爆所產(chǎn)生的噴射物質其高能量密度狀態(tài)所呈現(xiàn)的壓力和溫度與太陽的活動同樣量級，這直接催生了在實驗室內利用小型核爆來實現(xiàn)聚變反應以獲取能量的想法，早前的研究一直集中在磁約束聚變的方法上，到了上世紀60年代，隨著高功率激光技術的發(fā)展，美國和我國科學家?guī)缀跬瑫r提出了利用高功率激光驅動器轟擊氘氚靶丸實現(xiàn)聚變反應的手段，并稱之為慣性約束核聚變(ICF)。在慣性約束核聚變條件下，產(chǎn)生的等離子體燃料必須受控在1011atm大氣壓下，根據(jù)等離子體物理理論的要求，只有在獲得的聚變能量至少實現(xiàn)得失相當，才能實現(xiàn)真正意義上的聚變點火。而高能量密度物理一個通俗意義上的判據(jù)是指：激光能量的沉積密度達到了1011J/m3的情況，依據(jù)這個界定，慣性約束核聚變(包括快點火聚變)屬于高能量密度物理的研究范疇，它包括了：核材料特性研究、可壓縮動力學研究、輻射流體動力學研究、慣性約束聚變手段研究等[1-3]。

圖1 兩種方式的激光慣性約束核聚變示意圖

慣性約束核聚變研究不但在能源方面具有重要意義，由于其研究對象以及過程的特殊性，對一個國家的國防和戰(zhàn)略安全也是至關重要的，因此包括美國、中國、歐盟以及英、日等其他國家和地區(qū)都投入了大量的人力和經(jīng)費開展了相關研究。目前美國NIF裝置、中國神光III裝置是正在運行的最大的激光聚變驅動器，此外還有幾大激光驅動裝置正在設計和建造當中，慣性約束核聚變自從提出之后，歷經(jīng)50多年的發(fā)展，雖然取得了令人振奮的結果，但是也遇到了諸多的困難，這些困難尤其是體現(xiàn)在如何克服實驗過程中所遇到的不穩(wěn)定性、以及利用當前裝置實現(xiàn)真正意義上聚變點火的過程和手段方面等[4，5]。本文將對ICF的研究以及激光驅動器的發(fā)展作一回顧，并對ICF研究所面臨問題簡單綜述。

1 NIF與OMEGA的使命

利用高功率激光驅動聚變反應的研究，是美國核安全計劃的一部分，這部分的研究工作主要集中在美國里弗摩爾實驗室和羅切斯特大學，其目前的NIF裝置與OMEGA裝置的發(fā)展，貫穿了美國整個ICF的研究過程。

里弗摩爾實驗室(LLNL)的ICF研究最早要追溯到上世紀70年代，1972年，Nuckolls在NATURE上發(fā)表文章，總結了利用激光束內爆來實現(xiàn)聚變的相關研究，該文章基于DT裸滴或者殼層的直接驅動內爆，指出在假定燃料是費米簡并，而且產(chǎn)額不因熱電子、不對稱性或流體動力學不穩(wěn)定性而下降的情況下，就可以吸收近1017W/cm2的激光強度發(fā)生內爆，如果達到了足夠的壓縮，1kJ的驅動能量就可以獲得大于1的能量靶增益。1975年，Lindl和Mead在PRL上發(fā)表文章表示：直接驅動靶丸具有的R-T不穩(wěn)定性增長速度遠高于1972年所假定的速率；在點火所需的1到100kJ高強度激光下，吸收下降和超熱電子產(chǎn)生將嚴重使直接驅動內爆品質下降；激光束的質量也比直接驅動所需的內爆均勻性可允許的量值差很多；對于直接驅動內爆，激光束的非均勻性將給出一個小尺度的空間擾動源，會在內爆過程中被進一步放大，由此將ICF的研究由初期的直接驅動導向了間接驅動。

圖2 192路NIF裝置示意圖

1974年，LLNL實驗室搭建了雙路的Janus激光裝置，將B積分引入來評估激光系統(tǒng)的最大可聚焦能量，1975年，搭建了百焦耳輸出的CYCLOPS系統(tǒng)，完成了首次激光驅動輻射內爆實驗，獲得了約104的中子產(chǎn)額，該實驗的結果對間接驅動增強了信心，進一步推動了由均勻輻照的直接驅動方案向間接驅動的兩邊照射方案的轉變，從而導致了采用20束、10kJ輸出的Shiva激光器的誕生。Shiva激光建造之前，LLNL又研制了2路的Argus激光裝置，1976年開始運行，從激光技術和物理實驗兩個方面對間接驅動進行驗證，1978年，Shiva激光器建造成功，Shiva的實驗結果證實高達50%的吸收激光最終成為超熱電子，為了使內爆靶丸燃料區(qū)保持近費米簡并狀態(tài)，需要低預熱黑腔，為了檢驗預測低預熱黑腔中燒蝕驅動靶丸性能的能力，安排了Nova先驅內爆研究實驗(NPIRE)，將這些實驗設計成使靶丸在130到140eV下內爆。從1976到1981年，利用Shiva裝置研究了單殼與雙殼兩種靶作為可能的高增益靶。1979年NOVA裝置開始建造，當時已經(jīng)意識到Nova不能實現(xiàn)點火，所以設計了在未來裝置上獲得點火所需的數(shù)據(jù)庫的對策，通過兩條途徑來檢驗高增益靶的物理學：1)利用盡可能接近的“流體動力學等當靶”(HETs)的系列Nova實驗；2)利用極高能量的系列地下核試驗。1980年利用羅徹斯特大學最早發(fā)明的KDP晶體的非線性轉換這一有效機制，實現(xiàn)了三倍頻，最高轉換效率可以達到80%，1981年在Argus激光器上以100J水平、波長0.53μm和0.35μm的系列實驗演示了改善黑腔耦合的研究，結果表明，超熱電子水平降低到敞開式幾何的水平，而黑腔中吸收入射光的份額幾乎增加到100%。后向散射光總量也顯著降低。1985年Nova滿負荷運行之后不久，就達到了200至225eV的初始溫度目標以及很低的超熱電子水平[6]，1986年到1990年之間，利用Nova裝置在間接驅動靶物理學方面取得了快速的進展，實驗與定量模擬演示了內爆的對稱性控制，完成了首次定量的R-T不穩(wěn)定性實驗，預期了脈沖整形的好處和內爆的輻射驅動溫度定標規(guī)律[7]。1988年LLNL實驗室通過地下核試驗證實，激光核聚變實現(xiàn)點火要求的激光能量大約是5～10MJ。為了研究黑腔和激光等離子體相互作用物理學(HLP)以及流體動力學高能量密度物理學(HEP)，對Nova激光器進行了幾項改進，包括功率平衡、瞄準精度和光束同步的改進。這些需求形成了“精密Nova計劃”，于1993年完成，HLP實驗要弄清楚黑腔等離子體條件對內爆對稱性的影響和黑腔中各種等離體子集體效應(包括參量不穩(wěn)定性)的定標率，HEP實驗不僅將探索靶丸上能注量非對稱性的效應，還要探索流體動力學不穩(wěn)定性和混合的問題，把它們定標到盡可能接近點火靶丸(流體動力學高能量密度)。1993年初美國能源部(DOE)簽署并批準了國家點火裝置(NIF)的概念設計和研制任務，NIF在最初的設計中只考慮了間接驅動，激光系統(tǒng)的設計指標為：3納秒脈寬時輸出1.8MJ，總共192束。1997年，同期的直接驅動由于各項技術的發(fā)展，實現(xiàn)點火似乎也已經(jīng)達到了很有希望的階段，于是LLNL實驗室在當年的季報中提出，隨著追加束平滑和靶室上多束入射窗的實現(xiàn)，可使NIF具有間接與直驅兩者的能力。

圖3 OMEGA激光驅動器結構圖

羅切斯特大學(NRL)的OMEGA裝置建成于1979年，系統(tǒng)建造的目的是探索ICF直驅方式中的重要物理問題，包括：均勻輻照問題，流體動力學不穩(wěn)定性問題，激光與等離子體相互作用問題等。1984年，NRL季報中分析了不同數(shù)量光束疊加對輻照均勻性的影響。指出在理想情況下，32束激光疊加就可以達到低于1%不均勻性的要求，但由于等離子體條件的變化、激光落點公差、形貌以及束間功率平衡有嚴格的要求，為了保證對激光和靶設計公差有較大的冗余，OMEGA升級裝置選擇了60束，1990年60束OMEGA裝置升級完成，實現(xiàn)30kJ@3ω的輸出。2005年OMEGA裝置在原有束組的基礎上，又增加了四束類NIF結構的激光輸出，其中兩束是可以分別輸出1-10皮秒的KJ拍瓦激光束，用來研究快點火以及作為物理實驗的探針光束。

2 歐盟ICF研究

在歐洲，ICF研究主要有3個重要的研究中心，法國主要圍繞著PETAL/LMJ系統(tǒng)開展驅動器和物理研究，LMJ系統(tǒng)的設計指標完全參照NIF的設計，目前已經(jīng)完成10路的建設，并逐步投入到物理實驗方面，PETAL是一臺輸出3.5kJ脈寬0.5ps-10ps，功率7PW的超短脈沖激光系統(tǒng)，英國激光裝置中心包括了VULCAN、ASTRA Gemini、ARTEMIS、ULTRA和OCTOPUS五大激光系統(tǒng)，其中火神(VULCAN)裝置，是一個10路的釹玻璃系統(tǒng)，每路可以單獨輸出600J、1053nm基頻的打靶脈沖，該系統(tǒng)是美國NOVA激光的完全復制，后期引進了美國皮秒PW系統(tǒng)拆除之后的壓縮光柵，實現(xiàn)了1皮秒的超短脈沖輸出，圍繞著該系統(tǒng)，在ICF和高能量密度物理方面也開展了一系列的開放實驗工作。第三個中心是伴隨著歐洲超短脈沖激光系統(tǒng)ELI的提出，在捷克物理所發(fā)展的HiLASE計劃，這是一臺高平均功率的脈沖激光，其能量輸出范圍在mJ到100J之間、重復頻率在10Hz到100kHz的高重頻二極管泵浦的固態(tài)激光(DPSSL)系統(tǒng)，HiLASE裝置建成之后將用于科研和高科技工業(yè)，2017年1月他們和英國聯(lián)合，系統(tǒng)輸出功率已突破了1千瓦[8-12]。

圖4 法國PETAL激光系統(tǒng)

2006年，歐盟提出了HiPER計劃，HiPER是歐盟致力于以高能量激光驅動慣性約束聚變?yōu)榛A，發(fā)展清潔聚變能源技術為目標的大型研究項目，由英國科研委員中心實驗室理事會(CCLRC)發(fā)起。該項目列為未來20年歐洲發(fā)展的主要科學基礎設施之一，項目總部在英國盧瑟福阿普爾頓實驗室，其核心任務是建造一臺高重復率、聚變反應堆類型的大型激光裝置，并使其最終成為一個靈活、反應迅速、能夠適應多種科學研究的設施，最大限度滿足聚變能研究與技術開發(fā)，以及諸如極端條件物理、實驗室天體物理、核物理、強場物理等基礎科學研究的需求，系統(tǒng)設計采用基于二極管抽運固體激光器(DPSSL)技術(電光轉換效率為15%～20%、重復頻率為10Hz)的激光器結構，2010年10月提出采用以沖擊點火為首選，兼容快點火的直接驅動方案，期待著用最小的激光能量獲得最大的增益。該項目分為三個階段，2013年4月，籌備階段確定了未來的階段性戰(zhàn)略，并在減少技術風險的同時解決財務、法律和管理問題，使項目得以進展，第二階段為技術開發(fā)階段，到2028年，主要有兩大任務：物理方案論證及技術研發(fā)。一、物理方案論證：HiPER建造之前，必須在現(xiàn)有的大型激光裝置(如LMJ or NIF)上，進行點火方案的全尺度實驗驗證。2016年LMJ裝置建成前，將依托一些中等規(guī)模的激光裝置，如PALS(捷克)、PETAL(法國)、Vulcan(英國)和Omega(美國)，進行所有的實驗和數(shù)值建模。2016年后，一旦理論建模和實驗驗證足夠成熟，LMJ上將啟動點火攻關。隨后，進行增益優(yōu)化實驗，提高激光聚變能的商業(yè)可行性。二、技術開發(fā)，包括(1)激光能源商業(yè)開發(fā)支撐技術、(2)燃料靶丸低成本制造、(3)靶室工程制造。第三階段為設計與建造階段(2020—2040)，進行電廠概念設計、投資評估、HiPER裝置的工程建造、以及演示HiPER作為激光聚變能電廠的系統(tǒng)集成性和運行能力。在此框架下，HiPER發(fā)展了幾種驅動器構型，英國STFC-RAL、法國LULI-CNRS(法國國家科研中心)和德國IOQ-FSU實驗室基于DPSSL的方案，提出了DiPOLE計劃(圖4)這是一種低溫的千焦耳級Yb∶YAG放大器結構，這種結構在LLNL 的Mercury激光系統(tǒng)上得到證實。它用與LMJ裝置相似的光束結構，通過像傳遞和角度復用技術，焦耳級的單脈沖經(jīng)兩個相同的放大器四程放大后得到千焦耳級的能量，在175K溫度下的輸出能量為9.5J@1Hz/10ns，7.4J@10Hz/10ns，相應的光光效率為24%和23%。法國LULI-CNRS實驗室同時也提出了一種HiPER激光驅動器方案，并稱之為LUCIA計劃，該計劃是一種基于低溫、低氣壓、靜態(tài)氣體冷卻的有源鏡放大器概念，每個放大器由12片小的有源鏡組成，可容納12路光束，其中9路光束將非相干疊加成所需的壓縮脈沖，剩余的3路光束將相干疊加形成沖擊點火脈沖。放大器鏈路設計采用了兩程放大結構，為了獲得1kJ的能量，種子光束將以20度入射到口徑約100cm2的6個放大器片上，經(jīng)變形鏡反射后，光束雙程通過放大系統(tǒng)，在300K的溫度下獲得了14J@2Hz/8ns的輸出能量，光光效率為20%。

圖5 DiPOLE激光驅動器構型

總的來說，歐盟在ICF方面的研究，目前以理論為主，實驗方面以多方合作的方式進行兼顧，同時以歐洲科學家為主導，成立了一些關于ICF理論、模擬與實驗的專門討論會，定期召開研討，吸引了許多的物理學家和激光驅動器方面的研究人員，進行廣泛的國際化的交流合作。目前已經(jīng)形成的重要會議包括IFSA會議、HIF會議、ULIS會議和DDFIW會議。

此外，世界范圍內的其他國家，日本在2002年啟動了FIREX計劃，將完成世界上最大功率的高能量PW激光“LFEX”系統(tǒng)，俄羅斯也制定了UFL-2M計劃，該計劃進行了兼顧直接驅動和間接驅動，該系統(tǒng)為192路，輸出2MJ的釹玻璃激光器，2017年，該計劃第一階段的評估和設計工作。

3 我國ICF發(fā)展狀況

我國的ICF研究基本上與美國同步，從上世紀70年代就開始了大功率釹玻璃激光系統(tǒng)的研制，先后發(fā)展了單路激光和六路激光，并在六路激光系統(tǒng)上實現(xiàn)了104的中子產(chǎn)額，進入80年代，我國的激光聚變驅動器被命名為“神光”裝置，1986年上海建成神光I，激光輸出功率1212W，主要開展直接驅動與等離子物理實驗，獲得了109的中子產(chǎn)額，2003年神光II建成，系統(tǒng)輸出3kJ/3ω/1ns，6kJ/1ω/1ns，狀態(tài)方程實驗中獲得了一百萬大氣壓的壓強，2006年，神光II第九路激光建成，系統(tǒng)輸出2.4kJ/3ω/3ns，2015年，在第九路上又實現(xiàn)了KJ、PW短脈沖輸出，并開展了快點火的演示實驗，該裝置在實驗室天體物理方面也獲得了重要的實驗進展，同年神光II升級系統(tǒng)建成并投入運行，8路輸出總能量為40KJ/3ω/3n，目前該系統(tǒng)已經(jīng)成為世界上繼美國NIF之后的最穩(wěn)定的ICF激光驅動系統(tǒng)。同期，2005年，四川綿陽建成了神光III原型8路，系統(tǒng)提供15-20KJ的3ω輸出，2010年，神光III主機64路激光完成，提供150-200KJ的3ω輸出。國家點火計劃(神光IV)2010年開始啟動，目前已經(jīng)進入實質性的建造階段[13，14]，計劃在2020年或稍后建成，該系統(tǒng)包含288路激光，輸出功率2MJ，設計功能以間接驅動為主，兼顧直接驅動。

圖6 上海神光II升級裝置和皮秒PW系統(tǒng)

4 ICF研究的現(xiàn)狀

ICF激光聚變實驗方面的研究，一直到目前主要都是圍著美國NIF和OMEGA裝置來開展的，其中以NIF為依托的實驗主要瞄準間接驅動的方式進行，而以OMEGA裝置為依托的研究主要瞄準的是直接驅動的方式，在理論和實驗的探索方面，在不斷克服困難的過程中，取得了很大的進展同時又遇到了新的困難。直接驅動方面，1998年，NRL實驗室在文章中指出，通過束勻滑將輻照不均勻性降到1%以下；將激光波長轉換到UV，降低峰值激光強度，使用光學束勻滑，降低LP的風險和通過預熱燒蝕層改善R-T不穩(wěn)定性之后，直接驅動相比于間接驅動更具有吸引力，這主要表現(xiàn)在1)直接驅動能量耦合效率高，有潛力獲得最大化的靶增益；2)等離子體的球形發(fā)散噴發(fā)限制了激光與等離子體的相互作用，減少了LPI的不利風險；3)總體的球體對稱性最小化了靶的物理復雜性；4)最小化了靶質量，可降低激光能量需求、靶成本和碎片質量。2016年，美國能源部的報告中指出，直接驅動與間接驅動一樣可以成為實現(xiàn)ICF的三種可行的方法之一，這得益于OMEGA裝置60束激光瞄準精度的提升，使輻照更加均勻，科學家在打靶實驗中觀測到非常好的靶丸內爆狀態(tài)(燃料熱斑壓強大于50Gbar)。這已經(jīng)將燃料壓縮到點火條件需求的一半狀態(tài)。2004年針對NIF裝置提出了極驅動(PDD)的概念，NIF上的直接驅動實驗使用polar-drive(PD)，如果在NIF現(xiàn)有結構上直接進行直接驅動，激光將從極點入射至垂直放置的柱狀腔，導致極點位置處強度大于赤道面，赤道面的內爆速度遠小于極點位置導致不可接受的靶不對稱性。而在PDD中，人為調整來自極點和中低緯度的光束指向赤道面，以提高靶面輻照均勻性。2016年，LLNL實驗室總結了NIF上的實驗進展：1)黑體輻射腔峰值溫度高于設計目標的300eV，激光注入能量為1.2MJ-1.7MJ時，激光至黑腔的耦合效率高達84%左右，通過使用高反照率的黑腔設計，將黑腔的峰值溫度提升至320eV；2)得到了滿足點火條件的熱斑對稱性條件：功率平衡，內錐和外錐之間的波長差，兩個內錐之間加一個波長差值；3)沖擊時序實驗驗證了達到設計點絕熱線的必要性；4)測量了燒蝕質量和內爆速度的關系，與理論計算結果一致；5)優(yōu)化沖擊波時間和峰值功率時間及脈沖波形，達到了平面靶密度為ρr=1.5g/cm2。為設計目標值的75%，內爆核的面密度達到了1.6g/cm2。

NIF最近的實驗結果證實，由于間接驅動存在的流體動力學不穩(wěn)定性減緩了點火目標的實現(xiàn)，造成所有內爆的產(chǎn)額相比1D理論計算結果都小了10倍，1D模擬計算預測的壓強是實驗觀測到的2到3倍，而大振幅低階模式不穩(wěn)定性解釋了實驗中壓強下降的現(xiàn)象，為了對這種內爆中低階模式不穩(wěn)定性的進行溯源和測量，2017年，Campbell在ICF的一篇綜述文章中提出了直驅的研究計劃：1)在NIF的MJ尺度激光能量的直驅內爆中，用60束OMEGA激光進行點火—相關熱斑壓力的實驗演示。為了實現(xiàn)這一目標，需要對流體動力學范圍的低溫靶耦合、內爆和減速階段物理進行定量的理解。實現(xiàn)100Gbar的熱斑壓力，理解激光性能(到靶功率、光束質量和強度平衡)對內爆的敏感度，靶—束位置、靶品質和工程細節(jié)(如靶填充管和安裝結構)也是該項目的目標；2)在NIF的MJ尺度激光能量中，理解和演示可接受的激光等離子體相互作用和靶耦合物理(激光—靶吸收、電子傳輸和印記緩解)、CBET和預熱源(由TPD和SRS和從靶冕區(qū)穿透x射線的電子)；3)將NIF轉換為球形直接驅動輻照的成本、進度和影響進行評估；4)強健的對稱直接驅動α加熱，低增益(G～1)和高增益(G>10)靶設計。實現(xiàn)高增益的LDD靶是ICF點火計劃的最終目標，而不是第一個目標。在MJ等級的驅動器中，高增益靶在物理、驅動器精度和靶制造方面極具挑戰(zhàn)性[15-17]。

并行的研究中，在點火方式研究方面，也相繼提出了一些其它的點火方案，1994年提出了快點火方案，是把DT燃料的壓縮與加熱形成點火熱斑區(qū)分開成兩個過程。采用兩種激光脈沖分別實現(xiàn)內爆壓縮和點火：先通過納秒脈沖將氘氚燃料壓縮到極高的密度，但不要求形成中心熱斑；然后將超短脈沖激光注入到靶丸中，激光與靶的相互作用產(chǎn)生了次級高能、高強度的電子或質子束，這些粒子束在被壓縮后的DT燃料邊緣沉積形成了局域的熱斑，后續(xù)的傳播燃燒過程等同于中心點火。相對中心點火，快點火方案所需的激光能量更低，但是對超短脈沖的信噪比等有極高的要求。2005年提出了沖擊點火概念，跟中心點火的主要區(qū)別是，所采用的是激光脈沖的形狀。在脈沖前部分，實現(xiàn)的是近等熵、低內爆速度的壓縮，并在DT燃料的中心形成溫度較低的熱斑。在激光脈沖的后沿為峰值功率更高的沖擊脈沖，脈沖寬度為數(shù)百皮秒量級，該脈沖產(chǎn)生的沖擊波，將中心的熱斑再次加熱，并達到點火溫度。該點火方案同時兼容了中心點火的結構簡單和快點火的高增益等優(yōu)點，降低了激光能量的要求，但是沖擊脈沖的峰值功率基本接近了如NIF裝置可安全運行的上限[18-22]。

雖然發(fā)展了多種多樣的點火方式，并嘗試了多輪試驗，但是到目前為止，NIF的實驗結果距離真正意義上的點火還有一段很長的距離要走。

5 結 論

激光約束慣性聚變有兩種主要的驅動方式：直接驅動和間接驅動。直接驅動是將多路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到點火。間接驅動則將激光照射到黑腔的高Z內壁上產(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、點火。這兩種點火方式各有優(yōu)、缺點，雖然當前的主流點火方式是間接驅動，但由于NIF一直沒點火成功(當前Pτ值達到了點火條件的一半)，所以探索直接驅動的點火方式也是必然中的選擇，兩者相輔相成，互為補充。

由于直接驅動避免了間接驅動中激光與腔內氣體以及腔壁的作用，因此激光能量轉換成殼的動力能量更高效。理論上，直接驅動的能量耦合率是間接驅動的5到6倍。因此可以聚合更大的燃料質量。直接驅動由于沒有黑腔的限制，所以點火方式更加靈活。間接驅動產(chǎn)生的黑體輻射是均勻且各向同性的，因此能夠較為均勻地燒蝕靶丸。但由于黑體本身難以探測，所以很多物理過程的診斷很困難。以致于在找尋點火失敗的原因時，很難精確地描述其中的機制。而直接驅動更容易診斷靶丸的燒蝕、內爆等過程，這不僅有利于研究諸如LPI(激光等離子參量不穩(wěn)定)、粒子輸運、CBET(交叉光束能量轉移)、流體不穩(wěn)定等物理過程，為間接驅動提供參考，還可以促進實驗室天體物理的研究。

以OMEGA裝置上直接驅動的數(shù)據(jù)作為參考，將OMEGA和NIF的尺度進行類比，考慮1.9MJ的驅動光源，其參數(shù)預估為Pτ～16atms，溫度4.9keV，阿爾法粒子加熱程度與間接驅動類似。將此數(shù)據(jù)與間接驅動進行比較，可以看出兩者的差別并不大，而間接驅動的勞森參數(shù)要略高一點。當然，直接以小裝置的實驗結果推測大裝置的結果會存在不少誤差，但這還是具有參考意義的，它表明我們需要在直接驅動裝置上考慮新型的點火方式。

但是直接驅動也存在著相應的問題，直接驅動的輻照不均勻，這是由于有限數(shù)量的入射光之間產(chǎn)生重疊，以及光束間能量的不平衡導致的。輻照的不均勻會使得燒蝕材料表面產(chǎn)生瑞麗—泰勒不穩(wěn)定，其在內爆過程中會快速增長。瑞麗—泰勒等流體不穩(wěn)定會破壞壓縮對稱性，從而導致最終壓縮階段的壓強(Pt)及ρR達不到點火標準，有些情況下甚至會導致靶丸殼的破損。由于直接驅動是光直接燒蝕固體靶丸，因此等離子體的尺度及參數(shù)區(qū)間更大，相比間接驅動的LPI要更強、種類更多。間接驅動的等離子體密度一般在0.1倍的臨界密度(nc)以下，而直接驅動的等離子體密度可以遠遠大于臨界密度，而近臨界密度處是很多不穩(wěn)定的激發(fā)區(qū)間。直接驅動中受激拉曼散射(SRS)會散射激光能量并產(chǎn)生超熱電子，等離子體密度越大，散射強度越強。大量的散射激光，可能會破壞激光驅動器。

通常直接驅動采用的激光頻率一般為3倍頻或4倍頻，相對于間接驅動而言，整個過程中質量燒蝕率較低，自然靶丸燒蝕層比間接驅動要薄，這會提升超熱電子對DT燃料層的預熱，綜合來看，直接驅動相對于間接驅動來說具有一定的優(yōu)勢，也許直接驅動結合其他靈活的點火方式在未來的一段時間有可能實現(xiàn)真正意義上的ICF點火。當然，直接驅動也有很多問題需要我們去解決，這是挑戰(zhàn)，更是機遇。直接驅動的很多點火方式還沒能在接近2MJ的大裝置上展開實驗，雖然未來是否能夠實現(xiàn)點火還未可知，但前景是光明的。一旦點火成功，就是功在當代，利在千秋的偉業(yè)。

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