我国成功研制出先进的高速高精度激光汤姆逊散射仪

2019-06-24 12:40:20 来源: 科技日报 作者: 李大庆


科技日报讯(记者李大庆)近日,在国家重大科研装备研制项目“高功率纳秒激光器及精密探测仪器研制”支持下,中国科学院空天信息研究院和中国科学技术大学等单位联合研制出高速高精度激光汤姆逊散射仪。今年5月在“科大一环”磁约束聚变等离子体装置开展实验中,基于重复频率200赫兹、单脉冲能量5焦耳的激光脉冲,实现了小于5电子伏特的电子温度测量精度,电子温度安全预警时间间隔达5毫秒,所获得的预警时间是国际同类系统的一半,指标提高一倍。这标志着我国在该领域进入国际领先水平行列,为我国未来磁约束聚变能装置的高精度测量奠定了坚实基础。

在磁约束聚变反应装置工作过程中,偏滤器将承受巨大的能量泄放,需要对等离子体电子温度进行提前预警和实时反馈控制,实现脱靶而避免等离子体损伤器壁进而导致灾难性后果。基于高频高能激光的汤姆逊散射测量是精确测量等离子体电子温度的唯一可靠测量手段,激光的工作频率决定了温度预警的采样时间间隔,间隔越小系统预警越及时,装置运行安全系数越高。限于激光器能量和频率水平,我国以往等离子体温度诊断采用数十赫兹的低频激光器,采样间隔宽,遇到紧急情况无法及时预警,导致装置运行存在巨大风险。虽然采用多台低频率激光器合束技术可以满足预警时间间隔要求,但是这种方法可靠性大幅降低。欧洲和日本已经掌握了100赫兹工作频率的高能激光技术,预警时间间隔达到10毫秒,但这个预警时间间隔仍然较长,无法完全保证装置安全运行。

自2015年起,空天信息研究院联合中国科学院光电技术研究所和同济大学等单位历时3年时间,突破了高能量高光束质量激光传输与放大、激光相位共轭波前畸变校正、大口径/大尺寸激光放大模块、大功率脉冲激光驱动电源等关键技术,于2017年4月在国际上首次发布重复频率200赫兹、脉冲能量5焦耳、脉冲宽度6.6纳秒、光束质量1.7倍衍射极限的高频高能激光指标,将我国纳秒脉宽激光器的功率水平提高了1个数量级。研究团队研发出基本完善的工艺流程,核心器件/部件实现国产化,形成整机工程化制造能力。以200赫兹/5焦耳激光器为光源,中国科学技术大学攻克了大功率激光传输系统综合降噪、收集光学精准对焦、弱光信号探测提取等难题,成功地研制我国迄今精度最高的激光汤姆逊散射检测系统。

研究团队后续将开展更高功率、更高频率激光器研发和更高精度的诊断实验,计划将激光器的工作频率提高至500赫兹,检测系统提供2毫秒的安全预警时间间隔和1电子伏特的电子温度测量精度,为下一代磁约束聚变装置安全运行提供高速预警手段。

加载更多>>
责任编辑: 刘莉
专题 更多>>
国内 更多>>

APP被仿冒,这家民企踏上...

“老于妈、康帅傅、娃娃哈、奥利粤、大白免、星巴客……吓得我赶紧喝一口脉劫压压惊”“我喝过营养快车”“...

我国血脂异常人数已超4亿...

我国血脂异常人数已经超过4亿人,这是国家心血管病中心的权威统计数据。与如此庞大的患病人数相比,能把血脂...

中国荒漠化防治实用技术...

7月27日,第七届库布其国际沙漠论坛平行会议——中国荒漠化防治实用技术与经验推介高级别会议,在内蒙古鄂尔...

“少年航天员特训营”在...

“寻找少年航天员——我的月球家园”征文活动颁奖仪式暨“少年航天员特训营”开营仪式,29日在国家天文台举...

发展植保无人机与专用药...

飞防及其配套技术逐步成熟,正在乡村振兴战略中发挥越来越重要的积极作用,科学植保、高效植保、绿色植保必...

科报集萃 更多>>

玩转“格力秋季家装节”...

家装季终于来啦!逛一逛各大家装论坛,网友们的焦虑扑面而来。装修风格到底要优雅古典还是冷淡极简?家具要...

科技部“根在基层”青年...

为深入学习贯彻习近平总书记关于科技创新的重要论述,全面了解国家创新驱动发展战略在数字经济和人工智能领...

国际数据委员会(CODATA...

今天,国际数据委员会(CODATA)2019年学术大会在京召开。本次大会以“迈向下一代数据驱动的科学:政策、实...