在惯性约束聚变(ICF)中，通过聚心内爆压缩DT聚变燃料至足以约束DT反应中产生的α粒子的面密度(ρR)，进而产生传播的聚变燃烧波。本文对间接驱动ICF工程未来四年(2017-2020)的发展进行了简单总结，重点放在2020年的目标--证明NIF对实现点火作用。

　　国家点火目的在于在整体运行NIF的前3年进行可信的点火试验。达到这一目的需要使激光/靶系统调试到实验前期决定的状态，并使用该系统进行低温DT层内爆实验。激光/靶系统的示意图由图1(a)给出。NIF的192束激光束通过两个激光入口(LEH’s)进入柱形黑腔并烧蚀高Z壁，一般为金，铀或者两者的组合。产生的激光烧蚀高Z等离子体产生x射线烧蚀包围低温壳型DT燃料的低Z(一般为塑料、金刚石或者铍)球壳。靶丸包含掺有中Z或者高Z材料(硅、钨或者铜)的层次，以此来减弱燃料层被hν>18keV高能x射线的预加热。多阶激光脉冲(图1(b))在烧蚀体以及燃料内产生一系列逐渐增强的冲击波。冲击波的延时被精确的控制，使得各个冲击波在接近低温燃料层内边缘的地方合并，从而对燃料进行准等熵压缩。NIC中进行的点火使用4阶激光脉冲驱动绝热α≈1.5的冷燃料内爆，绝热的定义为α=P/Pcold，Pcold为DT燃料密度ρ=1000gcm-3处的最小压强。激光主脉冲驱动黑腔达到峰值辐射温度TR≈300eV。冲击波逝去后，燃料壳层向内加速，压缩中心燃料直到其压强足够产生加速并终止燃料移动。如果内爆足够快，1D，低熵并清洁(例如DT燃料不被烧蚀材料污染)，燃料就会自加热到点火并传播烧蚀波。

　　NIC的总结报告出来之后，一些实验揭示了产额弱化的源头。2D背光辐射线成像平台表明从热斑x射线自发射得到的内爆对称性不能真实的表现驱动非对称性。在峰值速度下对烧蚀体壳层的测量发现了之前热斑辐射中未观测到的极强的L=4的非对称模式。更重要的是，测量图像表明在靶丸支撑架附近的壳层光密度(进而ρR)存在大的扰动。“支撑斑”的大小比期望的要大很多：从而支撑架驱动的瑞丽泰勒不稳定增长成为解释烧蚀体混入热斑的关键因素。图2(a)给出了NIC底脚设计中的支撑点。使用阿贝尔翻转技术对于各种不同的支撑架厚度进行了一系列的此类实验。对于NIC期间使用的110nm厚的支撑架，支撑架在峰值速度下产生的扰动ΔρR/ρR≈20%(图2(c))。对此扰动的精确测量以及对扰动的降低还在进行中。

　　NIC完成之后ICF实验平台的数目有了很大增加。一些平台是为了对某些特定的物理现象进行测量以增进对黑腔和靶丸物理机制的理解。这些平台中有上面提到的2D聚心烧蚀体背光成像平台，研究黑腔物理的视角因数平台，流体增长成像平台。与此同时，设计并测试了新型的内爆实验以此来降低流体动力学不稳定性的增长率。高脚脉冲使用3个激光脉冲，与4阶梯激光脉冲相比第一个和第二个激光脉冲的功率要高一点(图1(b))。高脚设计中第一个稍强的激波使燃料的峰值速度下的绝热从α=1.5增长到α=2.7。这种设计就限制了ρR可达到的最大值，但与此同时使由于诸如支撑架引起的流体动力学扰动降低了很多。高脚脉冲实验使用了NIC期间同样的靶丸和黑腔设计。黑腔设计最大的改变就是将氦气填充密度从0.96mg/cm3增加到1.6mg/cm3，为黑腔壁的扩散提供更多的填充物。起初的高脚试验中烧蚀体的厚度为195μm。之后的试验中使用了175μm和165μm的烧蚀体以达到更高的内爆速度以及对黑腔对称性的可控性，这是以降低对流体动力学不稳定性的抑制为代价的。

　　图1.(a)黑腔示意图以及CH(塑料)ICF点火靶丸“馅饼”图。(b)NIF内爆实验中5.75mm直径黑腔中使用的一些多阶梯激光脉冲。功率的对数坐标强调了低功率“脚”。

　　图2. 分别使用47nm和45nm支撑架由(a)低脚和(b)高脚激光脉冲驱动的内爆图像。(c)ρR变化的百分比随支撑架厚度的变化，低脚脉冲要比高脚脉冲强3倍。

　　通量非对称性在底脚和高脚内爆中对热核产额的影响非常大。在这些平台上对称性的控制仅限于对黑腔的控制。这一工作的两点总结：靶丸支撑架引起的扰动在高脚设计中极大的降低了，但是依然是产额弱化的主要来源之一需要进一步减弱。高密度填充黑腔靶的对称性问题无法通过使用薄的烧蚀体减弱，所以需要设计更加对称性可控(并可接受)的黑腔。

　　需要通过设计可控对称性的黑腔进一步提高热核产额以及NIF内爆的Pτ。庆幸的是，高密度炭(HDC或钻石)烧蚀体靶丸的使用为这一目标开辟了新方向。这一工作从间接驱动爆破推动(IDEP)实验开始为NIF上的中子探测器提供了一个校准源。在IDEP试验中使用了短的(4.5ns)激光脉冲来驱动向带有薄(120μm)CH壳层的DT气体内传播的单个激波(近真空黑腔，氦气填充密度≈0.03mg/cm3)。这样的气体密度比传统黑腔低30到50倍，从而可以使靶丸内的DT气体低温冷却，但是在影响黑腔壁移动方面没有起多大作用。IDEP得到的实验结果很意外：NVH黑腔将激光能量转化为x射线能量的效率比高密度气体填充情况下要高很多。而且，几乎所有的实验结果都可以精确的通过辐射流体力学模拟(HYDRA使用标准的高通量黑腔模型)进行计算。科研人员很快发现NVH可以用于使用HDC烧蚀体的ICF内爆。HDC相对于CH的高密度(3.5g/cm3 vs 1.05g/cm3)会造成更短的激光脉冲;图1(b)为用于燃料绝热为α=2-2.5的HDC激光点火脉冲示例。因此，HDC为低密度填充黑腔的一个可行方案。

　　图3. NIF中一组DT低温层实验总热核产额示意图。虚线左边的实验为国家点火竞赛的一部分。虚线右部的实验主要使用了低脚脉冲CH(塑料)靶丸(绿色标记)。使用绝热整形脉冲塑料靶丸(紫色标记)的实验和使用HDC靶丸(橘黄色)也包含在内。标记表明了估算得到通过PdV功输运到DT燃料的能量。红色标记在∙上部的实验Gfuel>1。由燃料压缩以及从alpha粒子自加热引起的热核能量产生通过Hurricane的模型分别进行建模。红色标记比蓝色标记长的实验alpha加热占主导。

　　上文提到的努力实现可预见，可控黑腔并设计另外的靶丸支撑架是未来5年计划的首要任务(2016-2020)。2020年激光间接驱动聚变的目标：证明NIF在实现点火方面的作用，如果NIF无法实现点火，为什么?证明数兆焦聚变产额物理标度率的可行性。

　　实现上文列出的2020年目标需要建设强劲的内爆平台——增加内爆速度直到内爆由于黑腔对称性和/或流体动力学不稳定性而失效。这些平台需要将NIF的功率和能量推向最大的可能值。这样的内爆就可以对点火和高增益通过流体动力学标度变换进行评估。因此，测量得到的内爆产额可以转换为烧蚀-截止产额，标度变换到更高的能量，并转化为烧蚀-持续产额。

　　具有建设性的想法是使用大的靶丸以及增加的靶丸内爆速度来对比增加的热核产额。从实验上看，观测到的产额按照Y≈EL4.7-5.8变化，在热斑点进入alpha加热区后指数增长。在使用流体力学标度变换之前最好首先在最大内爆速度下进行估算，因为这是使用激光能量最高效的一种方法。流体力学标度变换假设内爆质量在靶材放大后不会增加或者减弱。同时假设黑腔的表现在更高功率激光驱动的更大黑腔中不会收到LPI弱化的影响。要达成2020年目标必须使用计算机模型对这些假设进行验证，并开展实验确定标度定律使用到什么程度。

　　图4.(a)研究预施扰动的替换ICF靶丸的瑞丽泰勒增长率变化的流体增长成像平台示意图。(b)使用4阶梯低脚(标准LF)，3阶梯高脚(标准HF)，4阶梯绝热整形(AS LF)和3阶梯绝热整形(AS HF #1)激光脉冲增长因子测量结果对比。光学深度增长因子的定义为ODfinal/ODinitial，其中ODfinal为壳层半径为650μm的靶丸中单模扰动的光学深度。(c)低脚和4阶梯解热整形脉冲RM和RT不稳定性联合作用的解析结果。这里，增长因子的定义为壳层速度峰值下扰动振幅与初始振幅之比。低脚驱动在L=160附近存在RM为零的值，远超RT增长率最大值。绝热整形将RM零点移到了L<100的位置，结果使RM-RT增长率极大的降低。L>100的纯模增长中理论预言的相翻转在实验数据中被观测到(b)。

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