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我国成功研制先进的高速高精度激光汤姆逊散射仪

更新时间  2021-09-28 01:17 阅读
本文摘要:最近,中国科学院空天情报研究院和中国科技大学等部门领先开发了高速高精度激光汤姆逊衍射器。今年5月,在科技大学一环磁约束核聚变等离子装置积极开展实验中,基于反复频率200赫兹、单脉冲能量5焦耳的激光脉冲,构筑了5电子伏特以上的电子温度测定精度,电子温度安全性警告时间间隔约为5毫秒,得到的警告时间是国际同类系统的一半,指标加倍。 这标志着我国在该领域转入国际领先水平,为我国未来磁约束核聚变能装置的高精度测量奠定了坚实的基础。

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最近,中国科学院空天情报研究院和中国科技大学等部门领先开发了高速高精度激光汤姆逊衍射器。今年5月,在科技大学一环磁约束核聚变等离子装置积极开展实验中,基于反复频率200赫兹、单脉冲能量5焦耳的激光脉冲,构筑了5电子伏特以上的电子温度测定精度,电子温度安全性警告时间间隔约为5毫秒,得到的警告时间是国际同类系统的一半,指标加倍。

这标志着我国在该领域转入国际领先水平,为我国未来磁约束核聚变能装置的高精度测量奠定了坚实的基础。据了解,在磁约束聚变反应装置工作过程中,微滤器将承受巨大的能量泄漏,并且必须提前预警和动态反馈控制等离子体的电子温度,以防止等离子体损坏墙壁造成灾难性后果。基于高频高能激光器的汤姆逊衍射测量是精确测量等离子电子温度的唯一可靠测量手段,激光器的工作频率要求温度警报的采样时间间间隔,间隔越小系统警报越及时,装置运行安全系数越高。受激光能量和频率水平的限制,中国以往等离子体温度临床使用数十赫兹的低频激光,样品间隔长,遇到紧急情况不能立即警告,装置运行不存在很大风险。

使用多台低频激光合束技术可以根据警告时间间隔拒绝,但该方法的可靠性大幅度降低。欧洲和日本已经控制了100赫兹工作频率的高能激光技术,警告时间间隔超过10毫秒,但该警告时间间隔仍然很长,几乎不能确保装置的安全运行。从2015年开始,天空信息研究院领导中国科学院光电技术研究所和同济大学等机构3年,突破了高能量低光束质量激光传输和收缩、激光振幅约克波前畸变校正、大口径/大型激光收缩模块、大功率脉冲激光驱动电源等重要技术,2017年4月国际首次发表了重复频率200赫兹、脉冲能量5焦耳、脉冲宽度6.6纳秒、光束质量1.7倍研究团队开发了基本完善的工艺流程,核心部件/部件构建了国产化,构成了整个工程化的生产能力。

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以200赫兹/5焦耳激光为光源,中国科技大学攻下了大功率激光传输系统综合减震、收集光学正确对焦、弱光信号观测提取等难题,顺利开发了中国迄今为止精度最低的激光汤姆逊射检测系统。未来,研究团队将积极开展更高功率、更高频率的激光器研发和更高精度的临床实验,计划将激光器的工作频率提高到500赫兹,检测系统获得2毫秒的安全警报时间间隔和1电子伏特的电子温度测定精度,为下一代磁约束核聚变装置的安全运行获得高速警报手段。


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