近日，火箭军工程大学吴宇际副教授团队在惯性约束聚变诊断领域取得重要进展，提出一种基于广角任意反射面速度干涉仪（VISAR）的惯性约束聚变内爆对称性诊断方法。相关成果以“A method for diagnosing the implosion symmetry in inertial confinement fusion with wide-angle VISAR”为题发表在领域内顶刊《Nuclear Fusion》上发表。该成果由我校与中国工程物理研究院激光聚变研究中心合作完成，我校为第一完成单位。

研究背景与意义

惯性约束聚变是一种利用高能激光或X射线内爆压缩靶丸，使其内部燃料达到高温高密度状态，从而实现聚变反应的技术。内爆对称性是影响压缩效率的关键因素之一，尤其是在压缩过程前2纳秒内，对称性微小偏差可能导致内爆失败。因此，如何准确诊断内爆早期对称性十分重要。内爆对称性诊断方法如离子和中子测量通常只能在内爆后期进行，而X射线断层扫描虽然可以在内爆各个阶段使用，但由于三维结构的投影问题，往往存在多重解，难以准确反映内爆对称性。

研究方法与创新

研究团队提出了一种基于广角VISAR的内爆对称性诊断方法。与传统VISAR技术不同，广角VISAR通过设置椭球反射镜，将三维球形内爆压缩过程转化为二维平面压缩过程并记录，从而实现对内爆早期对称性的诊断。他们通过理论分析和数值模拟验证了该方法可行性，利用IRAD3D程序模拟了靶丸表面辐射温度分布特征，并通过Multi1D程序模拟了冲击波在靶丸内传播过程。结果表明，靶丸表面辐射温度分布具有空间连续性。这些为广角VISAR的应用提供了理论依据。

实验验证与结果

为进一步验证该方法实际应用效果，研究团队在万焦级激光装置上进行了多次八束激光间接驱动实验。实验结果表明，广角VISAR能够准确捕捉靶丸不同位置P2不对称性演化过程，如图1所示。靶丸在压缩过程中呈现出扁球形P2不对称性，且这种不对称性随时间线性增长，如图2所示。靶丸表面距离屏蔽筒和导光锥较远的区域压缩速度较快，而靠近这些结构的区域压缩速度较慢，这与模拟结果预期一致。研究团队指出，未来实验可以考虑通过优化靶丸设计和激光注入方式，以减少不必要的扰动引入。

图1 万焦级激光装置上的内爆对称性诊断实验结果(a)实验设置(b) 20231219369~20231220372编号实验中激光注入孔处辐射温度演化(c)20231220370编号实验中VISAR条纹数据与分析

图2 20231219369~20231220372编号实验中VISAR诊断区域与对应的P2发展

未来应用与展望

该研究提出的方法不仅能为惯性约束聚变内爆对称性研究提供高精度、直观的诊断手段，还为流体力学不稳定性和辐射驱动不对称性的微观机制研究提供了重要参考。此外，该方法还可应用于高能量密度物理和天体物理研究等领域。

研究团队表示，未来将继续优化实验设计，提升靶丸制造工艺，以提高诊断精度。同时，他们计划将该方法应用于更多类型物理实验，以推动惯性约束聚变技术进一步发展。

结语

该项工作是我校与科研院所开展原创性基础研究的典范，也是我校首次在惯性约束聚变领域取得的重要成果，对未来实现高效、稳定的惯性约束聚变点火具有重要意义。