LLNL团队避免了国家点火装置上的光束旋转问题

产品时间:2021-08-13 04:23

简要描述:

OFweek激光网讯:国家点火装置是世界上仅次于、输入能量最低的激光设备。还包括192路激光束,辟在美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室,修建目的是期望在中现核武器和恒星内部才能超过的温度和流体。 1994年,LLNL已完成概念设计报告(ConceptualDesinReport,CDR)。 1996到1997年,已完成各子系统的初步设计评审(TitleI)。1997年,开始最后的设计评审(TitleII)。...

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本文摘要:OFweek激光网讯:国家点火装置是世界上仅次于、输入能量最低的激光设备。还包括192路激光束,辟在美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室,修建目的是期望在中现核武器和恒星内部才能超过的温度和流体。 1994年,LLNL已完成概念设计报告(ConceptualDesinReport,CDR)。 1996到1997年,已完成各子系统的初步设计评审(TitleI)。1997年,开始最后的设计评审(TitleII)。

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OFweek激光网讯:国家点火装置是世界上仅次于、输入能量最低的激光设备。还包括192路激光束,辟在美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室,修建目的是期望在中现核武器和恒星内部才能超过的温度和流体。  1994年,LLNL已完成概念设计报告(ConceptualDesinReport,CDR)。

1996到1997年,已完成各子系统的初步设计评审(TitleI)。1997年,开始最后的设计评审(TitleII)。

由于系统的复杂性,这一过程持续多年并与原型硬件测试和最后施工图打算工作重合。1997年,装置开始修建,2001年完结。类似设备的加装和激光区运营调试持续到2008年。

2009年,NIF开始运行。  在NIF装置设计阶段(TitleI和TitleII),由于对NIF装置中有可能经常出现的光束转动问题估计不足,终端光学组件的设展开了重复改动。

这篇文章的作者参予了NIF光学系统设计。1995到1996年,TitleI设计期间,作者是NIF的光学系统工程师,1997年到1999年,TitleII设计期间,作者是光学机械系统的经理。  1.光学设计  NIF装置192路激光占有了两个区,激光每八路一组,按24排序。这种排序优化放大器的氙灯泵浦。

到靶能量拒绝光束维持40cm的标称口径。激光的偏振轴与光束平行。  光束切换和靶区(SwitchYardandTargetArea,SYTA)的光束传输系统还包括800多个镜子,这些镜子将直线排序的1输入激光转换成靶室中惯性约束核聚变所需的球形电磁辐射几何构型。

其中,96路从靶室上半球入射光,另外96路从靶室下半球入射光。每一路还包括4或5个光学元件。所有光线是平面的(S-或P-偏振),矩形镜子的边沿与方形光束的边沿平行。

图1得出了光束传输的轨迹,代表激光束从区经反射镜光线到靶室的路径。SYTA光束传输系统将196路光束按4束一组,输出48个终端光学组件(FOA)中,最后探讨在靶室中心。在FOA中,有四套光学元件每一套对应一路光,将1的光传化作3的光,并探讨到靶上。

  在概念设计报告中,终端光学组件的设计还包括坐落于靶室外,正处于真空中的频率切换晶体和作为真空屏障的楔形探讨透镜。楔形探讨透镜的起到有几个方面:第一,可以探讨3的光到靶上。楔形透镜使未转化成1和2的光再次发生色散,使其会对靶产生根本性影响。

而且,由于透镜是离轴透镜,其光轴在一对束中间,该光束对平行入射光终端光学组件,探讨在靶室中心的同一方位。如图2(a)右图。  TitleI设计中,设计人员转变了1光通过一横的、平光通过一横的平面窗口转入真空的终端光学组件内部,通过频率切换晶体后由旋平面透镜(不是楔形)探讨。散射光学元件使未转化成的光再次发生色散,但会使切换后的光再次发生旋。

  2.光束转动和解决问题方法  为了适应环境从楔形透镜到非楔形镜的转变,SYTA系统的工程师新的定位了各光学元件的方位,来保证转入终端光学组件的一组四束光束需要沿着准确路径进射靶室中心(即入射光终端光学组件不必须互相平行)。光学元件的方位保证光束光线时维持s-或p-偏振方向,以最小化光学元件的有效地孔径拒绝。由于邻近的光束从有所不同的角度定向到靶室,相比较而言,光束不会再次发生转动。转动的值随着极向角的增大而渐渐减小。

但是,按照终端光学组件设计邻近束的边沿应当互相平行才更而渐渐减小。但是,按照终端光学组件设计邻近束的边沿应当互相平行才更而渐渐减小。

但是,按照终端光学组件的设计邻近光束的边沿应当互相平行,才更加合乎光力学设计中的密积概念。另一方面,束也不会将终端组件形口径传合乎光力学设计中的密积概念。另一方面,光束也不会将终端光学组件的方形口径传到反射镜,在最后的光学元件处会再次发生转动。

  在光学终端组件和SYTA的设计阶段,人员并没找到并充份解读这一问题,直到对SYTA系统的结构和光束地下通道设计图展开最后的评审时,这一问题才以求找到。在对综合模型展开最后一次详尽核查时,SYTA的首席工程师注意到光束在FOA前的反射镜处再次发生了转动,减少有效地孔径。光束转动也再次发生在频率切换晶体上,这一现象对偏振十分脆弱。

就越附近靶室零点的方位,这种影响显著。  终端光学组件设计又改为了锥形透镜的设计,以解决问题这一相当严重的问题。

设计人员也考虑过其他的解决方案,但使用锥形透镜方案是最实际,也是最简单的方案。此外,Beamlet激光装置的测试表明,在路激光装置的测试表明,在光路3部分用于线性散射的光学元件不存在相当严重的问题。这些结果也使设计人员新的考虑到不不受光束转动影响的楔形探讨透镜。SYTA中光学元件、适当的结构和光束地下通道又被改动为最初CDR的方位。

2001年,FOA已完成新的设计,其结构如图2(b)右图。之后测试评估使终端光学元件经历新一轮的设计修正循环流程。  3.经验教训  在TitleI和TitleII设计期间,人们早已告诉光学和力学设计中不会不存在光束转动问题,约有2到3年的时间。

而设计经过多审查,CAD模型经过FOA工程师和SYTA工程的仿真。但当时并无法对光学设计和CAD工具展开仅有计算机综合仿真,所以,力学工程需要在CAD模型中跟踪光的轨迹,但不能沿着光束的光学中心方向。光学工程师按照光束尺寸、定位公差和控制系统运营情况确认反射镜的尺寸。

研究人员展开了光学分析,分析的结果显示靶室中不会经常出现束转动但会对装置产生影响。光束转动问题最后由首席SYTA设计师找到,FOA团队和光学设计人团队曾对设计概念展开过多次审查,每报告都指出光束转动会对装置产生影,直到SYTA团队装配出有综合性的、详尽模型,这一问题才引发人们推崇。这一事件中,LLNL的工程师和管理团队找到好的领导实践中必须不具备多种因素:公开发表透露、多方的独立国家分析同行评议以及理性和客观。

幸运地的是,光束转动问题在装置修建之前被找到设计展开了改动。目前国家点燃早已修建已完成,频率切换工作展开的很好,激光装置构建了最初设计目标,需要输入1.8MJ、500TW的紫外能量到核聚变靶上。


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