自己能不能安装强压接地装置安装

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可选 副标题:
装置运行了几年才发现部分弹簧支架销子未拆除,那么装置安装完成后弹簧支架的销子是由安装单位拆除还是由操作使用单位拆除?
发起有意义的议题
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安装单位拆除。
管道施工规范上说的很清楚啊。
帮助他人解决问题
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ppfishs 发表于
安装单位拆除。
管道施工规范上说的很清楚啊。
能明确说一下是哪个标准施工规范,标准号是多少?
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(733754号)
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弹簧支架销子在安装运行前是需要拆除的,具体可参考/news/show_4474.html,希望能够帮得到你。
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无效楼层,该帖已经被删除
(715815号)
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沙漠里的游鱼的管辖
我是学习的,不怕问错问题 欢迎多到管阀版块交流
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安装单位在投用前拆除,建设单位负责检查确认。
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不懂发帖求助,不怕问错问题
(833161号)
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应由安装单位拆除&&这个正规弹簧吊架厂家供货都会随货给安装使用说明书的,你找出来看一下,另外去找安装单位算帐。还有一件事情可能要做,找个做支吊架调整的,或者对这个很在行的人来查一下,看看由于没有拆除锁定销对管道和设备是否产生了不利的影响, 可以找我帮你看看也行
 弹簧支架未拆除锁定销,相当于这几年都作为刚性支架进行支撑。的确需要检查一下对设备的影响 
同意你的观点
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本帖最后由 zyhlcj 于
13:11 编辑
支吊架_木人 发表于
应由安装单位拆除&&这个正规弹簧吊架厂家供货都会随货给安装使用说明书的,你找出来看一下,另外去找安装单 ...
是呀,还好这些弹簧支架都安装在管道上,影响不是很大,由于装置运行五年了,我们找到原安装单位,他们过来将一个弹簧支架的销子拆下来了,拆下后发现弹簧被压到最低点了,估计弹簧失效了。所以其它弹簧支架也不敢拆销子了,由于装置运行中,怕拆下后对管道下降会造成影响或者安全事故。
欢迎到我们公司多多指导。
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(538763号)
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好可怕的事情!
(240614号)
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本帖最后由 lewenu 于
08:43 编辑
管道经清洗,水压试验后,取下各支吊架上、下定位块,方可将管道投入运行。你们管道的簧支吊架上的定位块一直未取下,相当于刚性支吊架。
(833161号)
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zyhlcj 发表于
是呀,还好这些弹簧支架都安装在管道上,影响不是很大,由于装置运行五年了,我们找到原安装单位,他们 ...
这么说吧,这销未拔五年,那么是作为刚性支架在那用着,而里面的弹簧元件只是一直保持在安装载荷,并没有经过强压或者多次压缩,那么该弹簧失效的可能性是很低的。现在压到底了,那么可能有两种情况:一、原设计选用弹簧时设计荷载与实际荷载偏差很大;二、由于原本设计为弹簧支架的吊点实际使用过程中被强制改为刚性支架,对管系的应力分布造成了影响,从而使得将此位置的弹簧锁定销拆卸后压并。但具体原因和解决方法应该做一次全面检查后再作定论。
 分析很到位,个人觉得第二种情况的可能居多 
我也认为第二条可能性很大
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管道支吊架、弹簧支吊架等相关产品,设计、制造、检查、调整都搞
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科学时报 朱健强:神光照耀理想更璀璨
& & & “神光”英雄榜上,朱健强的名字赫然在目。16年前,他是“神光Ⅱ”工程工艺组组长,如今,他从中科院上海光学精密机械研究所所长的位置上卸任,是我国光学领域一位出色的科技专家。
& & & 当《科学时报》记者怀着崇敬之情,走进中国科学院上海光学精密机械研究所采访时,中国“神光Ⅱ”高功率激光装置刚刚度过了它的八岁生日。
& & & 炫目的神光绽放
& & & 1993年6月,在上海光机所获得博士学位后,朱健强没有选择出国留学,而是留所工作,他参与的第一个重大项目,就是众人瞩目的“神光Ⅱ”工程。
& & & “神光”寄托着几代科学家的梦:地球上聚变能源的原料异常丰富,1000米见方的海水含有的聚变能量相当于世界化石能源的总和,若将其在受控情况下释放出来,其能源几千万年也享用不尽。研制“神光Ⅱ”升级工程的大型激光装置,就是万里征途上一个重要阶段的里程碑。
& & & 1994年,“神光Ⅱ”研制工程启动之时,朱健强受命担任工程工艺组的组长,全面负责“神光Ⅱ”装置工程总体结构设计和单元器件设计。对一没有实践经验、二没有独立完成项目设计经历的朱健强来说,这是他人生中最艰苦的3年。
& & & 朱健强用3个月时间看完了叠起来有五六米高的积累图纸;用1年时间,看完了上海图书馆中所有相关的国外期刊文献;3年中,他几乎放弃了所有的休息时间和节假日。那段时间,人们常能在试制车间找到朱健强——他正在观察每一个零件从图纸设计到实际制造的全部流程。“作为设计者,如果能够熟悉加工流程,设计出来的零件就更好。”现在的他,还能够熟练操作各类常用的机床,仪器设备装配调试的水平早已达到了专业水准。
& & & 在“神光Ⅱ”超大激光输出口径的多功能高能激光束大型激光工程项目中,朱健强突破了多项关键技术:第一,他是沟通光学和结构设计双方的桥梁,他最先提出在“双通”放大器中利用光楔实现不等间距的组合设计,在“神光Ⅱ”中被采纳应用;第二,他把亲自设计制造出的高精密元器件用到多台套仪器中;第三,他顶住压力,将原有不尽合理的精密驱动方案全部推翻,仅仅花了8个月时间,全部完成了重新设计,并获得了成功;第四,他设计了一个特殊的工装,能将上千倍细分元件的成本,由原来的1000元/个骤降至20元/个。
& & & 2000年,“神光Ⅱ”终于全面达标,不少关键技术性能还超过了原定指标,为我国中近期高能量密度物理研究提供了最重要的实验平台。
& & & 2001年12月,中国“神光Ⅱ”高功率激光装置在中科院上海光机所建成,装置占地约4000平方米。在“神光Ⅱ”激光聚变模拟演示现场,只见随着红灯的亮起,一束“种子光”被分成8束激光,并通过放大链的分别放大,最后在10亿分之一秒的超短瞬间同时聚焦于百微米级的实验靶上,用于高能量密度物理研究。
& & & “建设这样庞大的装置,最终目标是要实现人类可控的‘聚变’反应,实现注入能量数十倍的增益,并以此转化成其他领域的应用,比如说发电、变成热能。”朱健强压抑不住自己的喜悦之情。
& & & “神光Ⅱ”是迄今为止国内规模最大、国际上为数不多的高功率钕玻璃激光实验装置。它的问世,标志着我国高功率激光科研和激光核聚变研究已阔步进入了世界先进行列。
& & & 科学的尊严所在
& & & 从上世纪90年代,我国就开始自主研制并生产激光玻璃。作为激光器的必备元件,激光光学元件的抛光却是一道国际难题。相比普通玻璃,激光玻璃化学稳定性不高、相对较软黏、不容易控制面形,很可能找遍全国都很难有合格的激光光学元件产品,面对挑战,朱健强说他“责无旁贷”。
& & & 日,成都的一场技术讨论会上,朱健强事先向会务组申请了两个小时的报告时间,连夜突击到凌晨4点准备了80多页的PPT,在当天上午向与会者作了报告,题目叫做《激光光学元件加工过程中的若干关键问题的思考》。这个报告,改变了对激光光学元件抛光的许多传统认识,使国内传统工艺路线发生了根本性的转变,并且提出了一套解决问题的框架。
& & & 一个月之后,上海光机所率先付诸实施,做出了中国有史以来“最好的一块”激光光学元件——大口径钕玻璃。
& & & “日,专家论证我们购买设备的需求,在当年年底就得到了国家‘863’计划的立项批复,支持1000万元人民币购买大口径激光干涉仪。”朱健强又动情地说,“我们仅仅用了一套设备的钱,买回了3套,用于现场、定标和实验的检测。国外的激光干涉仪软件很好,软件我们没有能力去做,但硬件我们可以加强。其间,我了解了很多资料和数据,跟供货商进行艰难谈判。我们只买了其中的一些核心部件,其他的部件一概自己做,跟国外原件没有多大差别。”
& & & 目前这一方法和手段有效地推动了激光玻璃加工的规模化生产和发展,而现在朱健强又在思考激光光学元件更加深层次的问题。
& & & 科学的尊严所在,是它通常能解决别人不能解决的问题。朱健强信奉这一点,就像佛家弟子笃信寺院那“妙像庄严”的牌匾。
& & & 简洁的人生线条
& & & 一片片冬日里依旧鲜嫩的绿地、一棵棵垂杨枝柳拂地、一排排鹅卵石铺就巷径、一级级台阶通幽、一座座门庭掩映,处处给人以感官上的宁静和慰藉。江南历史名城嘉定的悠远古风、荟萃人文,仿佛都沁染在上海光机所的每一寸土地上。
& & & “紧张时来这里走一走,能把你心头的皱褶慰抚得平平展展。”朱健强是苏州人,但这位具有浓厚苏州雅韵的学者,却是一位地地道道的理学博士。
& & & 1988年本科毕业于哈尔滨工业大学,1990年在长春光学精密机械学院获光学物理硕士学位,1993年在中科院上海光机所获光学博士学位,朱健强的人生线条简洁明快,但他二十载科研道路,却承载着厚重的酸甜苦辣。
& & & 1990年,是朱健强人生数轴上的重要标的:进入中科院上海光机所,师从中科院院士邓锡铭。在他看来,人生中最大之幸事莫过于此。
& & & 大约20年前,邓锡铭对他说:“一个科学家的科学之路有两种:一种,在年轻时候就功成名就,但这十分偶然;另一种,他将终其一生,积累出丰富的经验,越老越有能力、越老越有价值。而你现在的工作就注定了你只能走第二条路。”
& & & 现在的朱健强有了自己的学生,他曾给学生准备了叫做“看图说话”的第一堂课。
& & & 他准备了两组照片,一张是日出,一张是日落——朱健强还是一位出色的“业余摄影师”。1996年,苏州西山日落,千帆渔船归港,夕阳红透西山,他用镜头记录下日落时那份沉甸甸的满足感。他试图让学生领会:日落与日出,光线上没有太大差别,但这是一个此起彼伏的过程。人生又何尝不是如此,当你开始进入工作,有没有一种向上的激情?当你收获成功时,有没有一种光荣的满足?这样特殊的“开场白”,将学生引入到必将充满艰辛的科研世界中。
& & & 2001年8月,37岁的朱健强成为光机所掌门人,由科研专家转变为掌管科研大所千余人的少帅。
& & & 在他的倡导和推动下,上海光机所连续举办6届“高级光学设计培训班”,面向全国招生,至今已有300人次参加。他只有一个目的:研究所的职责不仅仅在于科学探索、承担国家重大科技工程和培养研究生,研究所还具有社会责任,在朱健强的心目中,中科院的研究所既是播种机又是广播站,更重要的在于回馈社会,传播一种精神和理念。
& & & 在朱健强看来,科研技术应当造福于社会。短短几年间,他争取落实了“神光Ⅱ”第九路多功能激光装置研制、“神光Ⅱ”升级工程、光纤激光器、大能量激光、特种光学加工等重大项目,科研经费数以亿计。
& & & 在朱健强掌舵下,上海光机所通过与各地合作,先后在军工产品、冶金、环保、电力、汽车制造、景观工程等行业为地方经济发展作出了重大贡献。
& & & 治学的陶然境界
& & & 朱健强用10年时间栽培修养出一株盆栽,在他看来,这和培养人才的理数相同:“一要有想法,二要有技巧。”所里的研究生入学时,他给学生每人送一棵盆栽;毕业时,这些盆栽有的很传统,有的很细致,有的很新奇,正如这群年轻朝气的学生,各有千秋。
& & & 2008年的秋天,朱健强在广西一口气买下200多棵珍珠罗汉松。珍珠罗汉松有很强的适应性,在烈日下亦能生长自如,但这种盆栽植物生长极其缓慢,百年成材,千年树立。朱健强给每个学生都分配一棵,将其种于上海光机所的苗圃之中。“这些罗汉松,时时刻刻提醒我们,做人、做学问要担当起自己的责任。”
& & & 在他看来,做学问有3个境界:“学问的第一境界,管中窥豹与盲人摸象:科研进入一个不熟悉的领域,应该做到管中窥豹,而不能变成盲人摸象。第二个境界是我很喜欢的王维的一句词,‘行到水穷处,坐看云起时’:学问做到一定程度之后会遇到困惑,一定要琢磨,把事情琢磨透了,山穷水尽之时便能拨开云雾见真容。第三个境界,知难而进:科研最重要的是克服心理障碍,必须要有勇气和信念。”
发展了三代:揭秘中国“神光”高能激光系统
& & & “激光”一词是“LASER”的意译。LASER原是Light amplification by stimulated
emissi on of radiation取字头组合而成的专门名词,在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器” 、“光受激辐射放大器”等。1964年,钱学森院士提议取名为“激光”,既反映了“受激辐射”的科学内涵,又表明它是一种很强烈的新光源,贴切、传神而又简洁,得到我国科学界的一致认同并沿用至今。
& & & 世界第一台激光器问世是在1960年6月,中国第一台激光器是在1961年9月。从1961年中国第一台激光器宣布研制成功至今,我国形成了门类齐全、水平先进、应用广泛的激光科技领域,并在产业化上取得可喜进步,可以说,在起步阶段我国的激光技术发展迅速,无论是数量还是质量,都和当时国际水平接近,一项创新性技术能够如此迅速赶上世界先进行列,在我国近代科技发展史上并不多见。这些成绩的取得,尤其是能够把物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件,主要得力于我国多年来在技术光学、精密机械和电子技术方面积累的综合能力和坚实基础。
& & & 我国早期激光技术的发展,1957年,王大珩等在长春建立了我国第一所光学专业研究所——中国科学院长春光学精密仪器机械研究所(简称“长春光机所”)。在老一辈专家带领下,一批青年科技工作者迅速成长,邓锡铭是其中的突出代表。早在1958年美国物理学家肖洛、汤斯关于激光原理的着名论文发表不久,他便积极倡导开展这项新技术研究,在短时间内凝聚了富有创新精神的中青年研究队伍,提出了大量提高光源亮度、单位色性、相干性的设想和实验方案。1960年世界第一台激光器问世。1961年夏,在王之江主持下,我国第一台红宝石激光器研制成功。此后短短几年内,激光技术迅速发展,产生了一批先进成果。各种类型的固体、气体、半导体和化学激光器相继研制成功。在基础研究和关键技术方面、一系列新概念、新方法和新技术(如腔的Q突变及转镜调Q、行波放大、铼系离子的利用、自由电子振荡辐射等)纷纷提出并获得实施,其中不少具有独创性。
& & & 同时,作为具有高亮度、高方向性、高质量等优异特性的新光源,激光很快应用于各技术领域,显示出强大的生命力和竞争力。通信方面,1964年9月用激光演示传送电视图像,1964年11月实现3~30公里的通话。工业方面,1965年5月激光打孔机成功地用于拉丝模打孔生产,获得显着经济效益。医学方面,1965年6月激光视网膜焊接器进行了动物和临床实验。国防方面,1965年12月研制成功激光漫反射测距机(精度为10米/10公里),1966年4月研制出遥控脉冲激光多普勒测速仪。
& & & 中国激光科技从一开始就得到了国家的高度重视。1964年,中国科学院上海光学精密机械研究所(简称“上海光机所”)成立。1964年国家启动“6403”高能钕玻璃激光系统,建成了具有工程规模的大口径(120毫米)振荡—放大型激光系统,最大输出能量达32万焦耳;改善光束质量后达3万焦耳。成功地进行了打靶实验,室内10米处击穿80毫米铝靶,室外2公里距离击穿0。2毫米铝耙,并系统地研究了强激光辐射的生物效应和材料破坏机理。最后从技术上判定热效应是根本性技术障碍,于1976年下马。这一项目使我国激光技术科研水平上了一个台阶。
& & & 改革开放后,我国激光技术获得了空前发展的机遇。1980年5月,分别在上海、北京举行了第一次国际激光会议,与会代表218人(国外66人),邓小平同志亲切接见了与会中外代表。1983年在广州和1986年在厦门又举行了第二次、第三次国际会议,改变了我国的激光技术多年来封闭运转的局面,开始走向世界。先后成立了一批国家重点实验室、开放实验室、国家工程研究中心和产学研组织。在多项国家级战略性科技计划中,激光技术受到重视。“863”计划七大领域中有激光技术和光电子技术(包括用于信息领域的激光技术),1995年又增列了“惯性约束聚变”主题。国防预研光电子技术作为跨部门项目正式立项,其中也包括激光技术。国家“六五”和“七五”攻关计划,激光技术被列为重大项目。
& & & 1985年7月,激光12号装置按时建成并投入试运行。试运行中成功地进行了三轮激光打靶试验,取得了很有价值的结果,达到了预期目标。该装置是中国规模最大的高功率钕玻璃激光装置,在国际上也是为数不多的大型激光工程。它由激光器系统、靶场系统、测量诊断系统和实验环境工程系统组成。输出激光总功率达1万亿瓦量级,而激光时间只有一秒钟的十亿分之一到百亿分之一。可用透镜聚焦到50毫微米的尺寸上,能产生10万亿亿瓦/厘米2的功率密度。将这样的光束聚焦在物质的表面,可以产生上千万度的高温,并由此产生强大的冲击波和反冲击压力。该装置的高精度靶场系统,能适应0.1毫米量级的微球靶、黑洞靶、台阶靶、各类X光靶等多种靶型的实验需要,并具有单束、双束及两路并束激光打靶的功能,为进行激光核聚变新能源研究及其他多种物理研究得供了重要实验手段。1987年6月通过国家级的鉴定。
& & & 1993年,国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题,进一步推动了国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。1994年,神光-Ⅰ退役。神光-Ⅰ连续运行8年,在激光惯性约束核聚变和X射线激光等前沿领域取得了一批国际一流水平的物理成果。日,神光Ⅱ装置立项,工程正式启动,规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍。
& & & 神光Ⅱ装置采用了国产高性能元器件,独立自主解决了一系列的科学技术难题,达到国际最先进的高功率固体激光驱动器水平,实现我国这一领域新的跨越。该系统由激光器系统、靶场系统、能源系统、光路自动准直系统、激光参数测量系统以及环境、质量保障等系统组成,集成了数百台套的各类激光单元或组件,在空间排成8路激光放大链,技术参数与当今世界上最先进的在运行的美国OMEGA装置相当。2000年,神光Ⅱ装置8路基频功率达到8万亿瓦,开始试运行打靶。2000年起,直接驱动获40亿中子产额,间接驱动获1亿中子产额,直接驱动冲击波压强达1.5TPa,间接驱动冲击波压强达3.7TPa。2001年8月,神光Ⅱ装置建成,总输出能量达到6千焦耳/纳秒,或8万亿瓦/100皮秒,总体性能达到国际同类装置的先进水平。
& & & 截至2006年,神光Ⅱ装置已经累计提供运行打靶3000多发次。开展了惯性约束聚变、X光激光等研究约30轮物理实验,获得具有十分重要意义的结果。其中激光惯性约束直接驱动打靶,获得单发40亿中子,是国际同类装置获中子产额的最好水平。开展的物理实验为我国ICF研究做出了重大贡献,标志着我国激光惯性约束实验已经真正跃上了一个短波长、大功率激光打靶的新阶段,对提高综合国力具有重要意义。
& & & 目前,神光-Ⅲ原型装置“十五”建设目标已圆满完成,达到“8束出光,脉冲-万焦耳”的水平,标志着我国成为继美、法后世界上第三个系统掌握新一代高功率激光驱动器总体技术的国家,使我国成为继美国之后世界上第二个具备独立研究、建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。
& & & 神光Ⅲ装置是世纪之交我国历史上光学领域最宏伟的科学工程,必将全面带动相关科学技术攀登世界水平,是我国综合国力在科技领域的标志性体现,其作用和意义不亚于当年的“两弹”。这是挑战也是机遇,在王淦昌、王大珩、于敏等老一辈科学家带领下,已奋斗了三十多年,取得瞩目成果,而这只不过是序幕,需要几代人的不懈努力。根据规划,我国在2010年前后还将研制“神光IV”核聚变点火装置。
六十周年大庆:首曝中国“神光”计划
& & & 激光”一词是“LASER”的意译。LASER原是Light amplification by stimulated emissi
on of radiation取字头组合而成的专门名词,在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器” 、“光受激辐射放大器”等。1964年,钱学森院士提议取名为“激光”,既反映了“受激辐射”的科学内涵,又表明它是一种很强烈的新光源,贴切、传神而又简洁,得到我国科学界的一致认同并沿用至今。
& & & 世界第一台激光器问世是在1960年6月,中国第一台激光器是在1961年9月。从1961年中国第一台激光器宣布研制成功至今,我国形成了门类齐全、水平先进、应用广泛的激光科技领域,并在产业化上取得可喜进步,可以说,在起步阶段我国的激光技术发展迅速,无论是数量还是质量,都和当时国际水平接近,一项创新性技术能够如此迅速赶上世界先进行列,在我国近代科技发展史上并不多见。这些成绩的取得,尤其是能够把物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件,主要得力于我国多年来在技术光学、精密机械和电子技术方面积累的综合能力和坚实基础。
& & & 上海光机所
& & & 我国早期激光技术的发展
& & & 1957年,王大珩等在长春建立了我国第一所光学专业研究所——中国科学院长春光学精密仪器机械研究所(简称“长春光机所”)。在老一辈专家带领下,一批青年科技工作者迅速成长,邓锡铭是其中的突出代表。早在1958年美国物理学家肖洛、汤斯关于激光原理的著名论文发表不久,他便积极倡导开展这项新技术研究,在短时间内凝聚了富有创新精神的中青年研究队伍,提出了大量提高光源亮度、单位色性、相干性的设想和实验方案。1960年世界第一台激光器问世。1961年夏,在王之江主持下,我国第一台红宝石激光器研制成功。此后短短几年内,激光技术迅速发展,产生了一批先进成果。各种类型的固体、气体、半导体和化学激光器相继研制成功。在基础研究和关键技术方面、一系列新概念、新方法和新技术(如腔的Q突变及转镜调Q、行波放大、铼系离子的利用、自由电子振荡辐射等)纷纷提出并获得实施,其中不少具有独创性。
& & & 同时,作为具有高亮度、高方向性、高质量等优异特性的新光源,激光很快应用于各技术领域,显示出强大的生命力和竞争力。通信方面,1964年9月用激光演示传送电视图像,1964年11月实现3~30公里的通话。工业方面,1965年5月激光打孔机成功地用于拉丝模打孔生产,获得显著经济效益。医学方面,1965年6月激光视网膜焊接器进行了动物和临床实验。国防方面,1965年12月研制成功激光漫反射测距机(精度为10米/10公里),1966年4月研制出遥控脉冲激光多普勒测速仪。
& & & 我国各类激光器的“第一台”?
& & & 第一台固体红宝石激光器1961年9月王之江等
& & & 第一台He-Ne激光器 1963年7月邓锡铭等
& & & 第一台掺钕玻璃激光器 1963年6月干福熹等
& & & 第一台GaAs同质结半导体激光器 1963年12月 王守武等
& & & 第一台脉冲Ar+激光器 1964年10月 万重怡等
& & & 第一台CO2分子激光器 1965年9月王润文等
& & & 第一台CH3I化学激光器 1966年3月邓锡铭等
& & & 第一台YAG激光器 1966年7月屈乾华等
& & & 激光技术的发展
& & & 中国激光科技从一开始就得到了国家的高度重视。1964年,中国科学院上海光学精密机械研究所(简称“上海光机所”)成立。1964年国家启动“6403”高能钕玻璃激光系统,建成了具有工程规模的大口径(120毫米)振荡—放大型激光系统,最大输出能量达32万焦耳;改善光束质量后达3万焦耳。成功地进行了打靶实验,室内10米处击穿80毫米铝靶,室外2公里距离击穿0。2毫米铝耙,并系统地研究了强激光辐射的生物效应和材料破坏机理。最后从技术上判定热效应是根本性技术障碍,于1976年下马。这一项目使我国激光技术科研水平上了一个台阶。
& & & 高功率激光和核聚变研究
& & & 1964年王淦昌独立提出激光聚变倡议,1965年立项开始研究。经几年努力,建成了输出功率100亿瓦的纳秒级激光装置,并于1973年5月首次在低温固氘靶、常温氘化锂靶和氘化聚乙烯上打出中子。1974年研制成功我国第一台多程片状放大器,把激光输出功率提高了10倍,中子产额增加了一个量级。在国际上向心压缩原理解密后,积极跟踪并于1976年研制成六束激光系统,对充气玻壳靶照射,获得了近百倍的体压缩。这一系列的重大突破,使我国的激光聚变研究进入世界先进行列,也为以后长期的持续发展奠定了基础。我国的激光科技事业,虽然也遭遇了“文革”十年浩劫,但借助于重点项目的支撑,仍艰难地生存了下来并取得了可贵的进展。
& & & 改革开放后,我国激光技术获得了空前发展的机遇。1980年5月,分别在上海、北京举行了第一次国际激光会议,与会代表218人(国外66人),邓小平同志亲切接见了与会中外代表。1983年在广州和1986年在厦门又举行了第二次、第三次国际会议,改变了我国的激光技术多年来封闭运转的局面,开始走向世界。先后成立了一批国家重点实验室、开放实验室、国家工程研究中心和产学研组织。在多项国家级战略性科技计划中,激光技术受到重视。“863”计划七大领域中有激光技术和光电子技术(包括用于信息领域的激光技术),1995年又增列了“惯性约束聚变”主题。国防预研光电子技术作为跨部门项目正式立项,其中也包括激光技术。国家“六五”和“七五”攻关计划,激光技术被列为重大项目。
& & & 惯性约束聚变激光驱动器
& & & 人类的能源从根本上说来自核聚变反应,即发生在太阳上的“轻核聚变”。人类已经在地球上实现了不可控的热核反应,即氢弹爆炸。要获得取之不尽的新能源,必须使这一反应在可控条件下持续地进行。为实现可控核聚变有两种方法,一是科学家们用托卡马克装置开展“磁约束聚变”的研究。另一条技术路线于20世纪60年代初提出的“激光惯性约束核聚变”。
& & & 惯性约束核聚变( Inertial Confined Fusion ICF )的基本原理是:使用强大的脉冲激光束照射氘、氚燃料的微型靶丸上,在瞬间产生极高的高温和极大的压力,被高度压缩的稠密等离子体在扩散之前,向外喷射而产生向内聚心的反冲力,将靶丸物质压缩至高密度和热核燃烧所需的高温,并维持一定的约束时间,完成全部核聚变反应,释放出大量的聚变能。然而聚变反应所要求的条件却极为苛刻。首先要有1亿度左右的高温;其次,参与反应的粒子密度要足够高并能维持一定的反应时间,即‘nτ’值要达到1百万亿(秒/厘米3)以上,这就是著名的劳逊判据。一些国家的实验室已经在这类激光装置上作了大量的基础研究工作。美国、法国等已着手建造更大规模的巨型激光器,期望能够实现激光热核“点火”。
& & & 我国从上世纪60年代即开始惯性约束聚变的研究,在王淦昌、王大珩的指导下,中国科学院和中国工程物理研究院从80年代开始联合攻关,上海光机和长春光机都是协作单位。六十年代初,我国激光聚变研究刚刚起步的时候,钱学森院士就形像地指出:你们的事业是在地球上人造一个小太阳!ICF研究中关键设备是大功率的激光器。
& & & 神光I的主放大系统
& & & 神光-Ⅰ
& & & 1964年,我国著名核物理学家王淦昌院士独立地提出激光聚变思想,并建议了具体方案。 按照这一创议,在我国第一个激光专业研究所-中国科学院上海光机所开始了高功率激光驱动器的研制和应用并于1971年获得氘-氘碰撞中子。1978年中国工程物理研究院和中国科学院携手合作,ICF研究进入了全面发展的新阶段。近廿年来,致力于研制和应用钕玻璃激光驱动器
-“神光”系列装置,取得了显著进展,推动了我国惯性约束聚变实验和理论研究,并在国际上占有一席之地。
& & & 1977年,上海光机所利用1千亿瓦的6束激光系统装置,对充气玻壳靶照射获得了近百倍的体压缩。使我国的激光聚变研究进入了逐级论证向心聚爆原理的重要发展阶段,为以后长期的持续发展奠定了基础。1980年,王淦昌提出建造脉冲功率为1万亿瓦固体激光装置的建议,称为激光12号实验装置(神光I)。激光12号实验装置是建立在中国科学院上海光机所的一台大型高功率激光实验装置,位于上海市嘉定区清河路390号光机所内,1983年由上海光机所设计,总建筑面积4612平方米,为4层钢筋混凝土框架结构,总高度15米。该装置输出两束口径为200mm的强光束,每束激光的峰功率达1万亿瓦,脉冲宽度有1ns和100ps两种,波长为1。053μm的红外光,可倍频到0。53μm绿光。实验室内配有物理实验靶室及全套诊断测量设备,能开展激光加热与压缩等离子物理现象的研究和激光X光谱等基础研究工作。
& & & 1985年7月,激光12号装置按时建成并投入试运行。试运行中成功地进行了三轮激光打靶试验,取得了很有价值的结果,达到了预期目标。该装置是中国规模最大的高功率钕玻璃激光装置,在国际上也是为数不多的大型激光工程。它由激光器系统、靶场系统、测量诊断系统和实验环境工程系统组成。输出激光总功率达1万亿瓦量级,而激光时间只有一秒钟的十亿分之一到百亿分之一。可用透镜聚焦到50毫微米的尺寸上,能产生10万亿亿瓦/厘米2的功率密度。将这样的光束聚焦在物质的表面,可以产生上千万度的高温,并由此产生强大的冲击波和反冲击压力。该装置的高精度靶场系统,能适应0.1毫米量级的微球靶、黑洞靶、台阶靶、各类X光靶等多种靶型的实验需要,并具有单束、双束及两路并束激光打靶的功能,为进行激光核聚变新能源研究及其他多种物理研究得供了重要实验手段。1987年6月通过国家级的鉴定。
& & & 它的建成为进行世界前沿领域的激光物理试验提供了有利的手段,对尖端科研和国民经济建设均具有重要意义。1986年夏天,张爱萍将军为激光12号实验装置亲笔题词“神光”。于是,该装置正式命名为神光-Ⅰ。1989年起,神光I直接驱动获5000000中子产额,间接驱动获10000中子产额,冲击波压强达0。8TPa,获近衍射极限类氖锗X光激光增益饱和。1990年,神光I获得国家科技进步奖一等奖。
& & & “神光”高能激光系统的球形真空靶室和光学设备。
& & & 神光-Ⅱ
& & & 1993年,国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题,进一步推动了国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。1994年,神光-Ⅰ退役。神光-Ⅰ连续运行8年,在激光惯性约束核聚变和X射线激光等前沿领域取得了一批国际一流水平的物理成果。日,神光Ⅱ装置立项,工程正式启动,规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍。
& & & 神光Ⅱ装置采用了国产高性能元器件,独立自主解决了一系列的科学技术难题,达到国际最先进的高功率固体激光驱动器水平,实现我国这一领域新的跨越。该系统由激光器系统、靶场系统、能源系统、光路自动准直系统、激光参数测量系统以及环境、质量保障等系统组成,集成了数百台套的各类激光单元或组件,在空间排成8路激光放大链,技术参数与当今世界上最先进的在运行的美国OMEGA装置相当。2000年,神光Ⅱ装置8路基频功率达到8万亿瓦,开始试运行打靶。2000年起,直接驱动获40亿中子产额,间接驱动获1亿中子产额,直接驱动冲击波压强达1。5TPa,间接驱动冲击波压强达3。7TPa。2001年8月,神光Ⅱ装置建成,总输出能量达到6千焦耳/纳秒,或8万亿瓦/100皮秒,总体性能达到国际同类装置的先进水平。
& & & “神光Ⅱ”的数百台光学设备集成在一个足球场大小的空间内。神光Ⅱ能同步发射8束激光,在约150米的光程内逐级放大:每束激光的口径能从5毫米扩为近240毫米,输出能量从几十个微焦耳增至750焦耳/束。当8束强激光通过空间立体排布的放大链聚集到一个小小的燃料靶球时,在十亿分之一秒的超短瞬间内可发射出相当于全球电网电力总和数倍的强大功率,从而释放出极端压力和高温,辐照充满热核燃料气体的玻璃球壳,急速压缩燃料气体,使它瞬间达到极高的密度和温度,从而引发热核聚变。神光Ⅱ已实现“全光路自动准值定位”,实验中能及时纠正因震动和温度变化而带来的仪器微偏,使输出激光经聚焦后可精确穿过一个约0。3毫米的小孔,仅比一根头发丝略粗一点。
& & & 判断超短超强激光系统的性能有两个重要技术指标:一是时间尺度,二是输出功率。2004年4月,神光Ⅱ装置成功突破100万亿瓦大关,输出峰值功率达到120万亿/36飞秒。目前,国际上只有少数发达国家的著名实验钛宝石激光装置输出功率超过100万亿瓦。这意味着神光Ⅱ在1000万亿分之36秒的超短瞬间内,迸发出相当于全球电网发电总和数十倍的强大功率。这种极端物理条件,自然界中只有在核爆中心、恒星内部和宇宙黑洞边缘才能存在。上海光机所强光光学重点实验室科技人员屡屡刷新这两大指标,在不到10平方米的光学平台上创造出一次又一次“更快更强”的奇迹。日,神光Ⅱ装置新添的第9束激光输出能量打破纪录,较此前提高了5。8倍,第9路光束口径,由前8路的每束190毫米增至310毫米,单路能量输出达5100焦耳,离为核聚变“点火”更近一步。
“复制”太阳之路
& & & 在地球上“复制”太阳,并非天方夜谭。
& & & 日,全世界最大的激光核聚变装置——国家点火装置(NIF),在美国旧金山郊区的劳伦斯o利弗摩尔国家实验室(LLNL)正式落成,人类朝向这个目标,又接近了一步。
& & & 该项目副主管爱德华o莫塞斯(Edward I. Moses)告诉《财经》记者,希望该装置于2010年正式运行后,可以很快实现“点火”,即实现核聚变产生的能量大于激光输入的能量。
& & & 这一目标如果得以顺利实现,无论是在地球上“复制”太阳,还是提供能源“终极解决方案”,都将不再遥远。
& & & 聚变之梦
& & & 人类的文明史,归根到底是一部能源利用史。工业革命至今200多年的时间内,人类对于能源的利用更是达到了登峰造极的程度:从传统的石油、天然气等化石能源,到太阳能、风能等可再生能源,一直到利用裂变发电的核能。
& & & 但迄今为止,人们仍无法找到能源“终极”解决方案。最可能的解决方案,或许来自太阳——既然地球仅仅接纳了太阳很少一部分能量的恩泽,就足以孕育众生,那么,假如我们能在地球上人工“复制”一个太阳,一切不都迎刃而解了吗?
& & & 这个看似有些疯狂的想法,在科学上却并不那么荒谬。在20世纪早期,科学家们就已经发现,像太阳这样的恒星,之所以能够辐射出如此巨大的光和热,是因为其内部无时无刻不在进行着剧烈的核聚变反应。在这个过程中,氘、氚等较轻的原子,会聚合成碳甚至铁等较重的原子,并且释放出巨大的能量;而每升海水中提取的氘,在聚变反应中释放出的能量,大概相当于300升汽油。
& & & 可是,在地球上“复制”太阳,实现起来却十分漫长。因为要“启动”核聚变过程,就必须制造出与太阳内部类似的极端环境。中国科学院上海光学精密机械研究所(下称上海光机所)高功率激光物理联合实验室总工程师、中国科学院院士林尊琪告诉《财经》记者,在温度达到5000万摄氏度到1亿摄氏度之间的同时,还要保持很高的密度,这些都很难达到。
& & & 之前,人类只有通过原子弹爆炸,才达到这样的极端条件,这也是氢弹的原理。遗憾的是,这样一个过程是不可控的。
& & & 鉴于地球上现存的任何材料都难以抵御这种极度高温,科学家设想出两种巧妙的途径,来逼近这一目标。
& & & 一种被称为磁约束。上世纪70年代,前苏联科学家提出了“托卡马克”的概念,就是利用环形封闭磁场组成的“磁笼”,把燃料加热到极高的温度并约束起来,使其不会碰到任何容器壁。目前,中国正在安徽合肥运行的EAST装置,以及即将于2016年投入运行的国际热核聚变装置(ITER),都是利用的这一原理。
& & & 另一种则是像NIF这样的惯性约束核聚变。其原理是利用超强的激光或者其他粒子束,直接照射在用氘氚等做成的燃料靶丸上,靶丸的外层会在瞬间融化并且向外喷溅。由此产生的反作用,就会急剧地向内压缩靶丸的剩余部分,使其中心达到聚变所需的极端条件,实现“点火”。
& & & NIF奇迹
& & & 在1994年正式获准上马之后,科学界就对NIF望穿秋水,因为它很可能成为第一个实现“点火”的可控核聚变装置。
& & & 根据设计,NIF装置的192束强激光,产生的总能量将高达1.8兆焦耳(1兆相当于1000000)。这一能量,比任何现役的激光聚变装置都要高出几十倍。
& & & 这192束激光,会从两个相对的方向进入直径约10米的靶室中。不过,这些激光并不直接照在由氘、氚等核聚变燃料组成的靶丸上,它们是先照在金子做的圆筒状空腔的内部。只有硬币大小的空腔,在强激光的照射下会产生大量高能X射线;X射线会像流体一样向中心流动,从而使得靶丸沐浴在强“X射线雨”中。
& & & 林尊琪对《财经》记者解释说,此时靶的中心燃料密度会被压缩到原来的1万倍左右。在冲击波的作用下,这一点就会发生核聚变反应;然后,外面的大部分核材料也会发生连锁聚变反应,从而释放大于激光输入的能量。
& & & 之所以选择这种方式来实现点火,是因为空腔内部产生的X射线会更加均匀。如果各个方向压缩靶丸的能量在大小、时间上不一致的话,就无法达到理想的向心压缩效果进而实现点火。
& & & 虽然NIF的总投资,已从最初的10亿美元升至目前的35亿美元,但能顺利建成,仍然被很多人视为一种奇迹。不少业内人士对《财经》记者坦言,其中很多装置,都已经达到了物理以及材料极限。
& & & 在NIF中,仅高精度大口径光学元件就有7000多件,还有之前从未生产出的高质量KDP晶体、特殊的等离子体开关,以及6万多个控制元件等。很多激光器器件,都已经接近了强光运行的极限;再强一些,很可能玻璃就要被打破了。
& & & 按照计划,NIF将从2010年开始正式运行。中国科学技术大学近代物理系教授郑坚在接受《财经》记者采访时表示,根据现有的理论模型预测,这样强的激光能量,应该有很大的把握实现成功“点火”。
& & & 不过,他也提醒说,任何设计都不可能没有风险。科学家曾经一度非常乐观,认为激光能量达到千焦耳量级,就可以成功“点火”;到了今天,实现“点火”的边界已经被抬高到了百万焦耳的水平。
& & & 群雄并起
& & & 当然,实现“点火”,只是NIF任务之一,它还有其他的使命。
& & & 1992年,时任美国总统的布什正式签署法案,宣布禁止核试验。之后,如何确保其庞大核武库的安全以及有效性,并不断加以改进,成了一个非常棘手的问题。
& & & 因此NIF可以产生类似氢弹爆炸的极端环境,这显然为检验核武器提供了难得的平台。此外,如果可控热核聚变得以实现,将来的氢弹不必再需要原子弹引爆,研制没有放射性污染的、更为清洁的核武器也就成为可能。这一装置同样可以模拟类似恒星内部的环境,科学家们也可以利用NIF,开展相应的基础科学研究。
& & & 更为重要的是,由于激光核聚变的研究,涉及强激光的研发以及新材料、技术的应用等众多领域。因此,除了美国,不少其他大国也纷纷加入战团。
& & & 与NIF性能最为接近的,是法国正在建造的兆焦耳激光装置LMJ。预计于2010年完工的该装置,共有240束强激光,总输入能量同样可达1.8兆焦耳。
& & & 此外,日本的大阪大学早在1983年,就建成了12束激光的GEKKO XII装置。在今年3月完成LFEX升级之后,该装置短脉冲激光的瞬间功率创造了新的世界记录,已经在探索“快点火”(fast
ignition)机制方面走在了前沿。
& & & 所谓快点火,就是用一束强激光先轰击靶丸,等其表面开始喷射时,再利用另外一束功率巨大的超短脉冲来“点火”;其原理,有些类似于普通的汽油发动机。
& & & 据悉,欧盟打算于2010年开建的HiPER激光聚变装置,也将利用这一原理来实现“点火”;预计其总投资,可能要比NIF整整低一个量级。
& & & 早在1976年,在上海光机所,中国首个激光核聚变装置——六路激光就正式建成并投入使用。进入上世纪80年代后,该所又成功地建成了“神光1号”装置。虽然1986年投入运行的“神光1号”只有两路激光,总能量却提高了一个量级。在位于四川绵阳的中国工程物理研究院,“星光”激光聚变装置也投入使用。
& & & 2001年,拥有八束激光的“神光2号”建成投入使用,这个激光总能量约为3千焦耳的装置,正式接替了1994年退役的“神光1号”。此后,“神光2号”又增加了能量约为3千焦耳的第九路短脉冲激光,以探索“快点火”机制。
& & & 不过,更令人关注的,仍然是正在建设之中的“神光3号”。“神光3号”设计为60束强激光,总输出能量达60千焦耳;虽然还无法与美国的NIF、法国的LMJ相比,但这仍然是个不小的飞跃。据《财经》记者了解,整个装置有望于2012年最终建成并投入使用。
& & & 漫长的终点
& & & “神光3号”显然也不是终点。中国科学院院士、国家“863计划”惯性约束聚变首席科学家贺贤土就曾透露,中国也将启动自己的NIF装置,即“神光4号”。
& & & 据悉,中国政府在《国家中长期科学和技术发展规划》中确定的16项重大专项中,就有惯性约束聚变点火工程。如果一切顺利,中国亦有望在2020年前后,实现点火这一科学目标。
& & & 业内人士告诉《财经》记者,在NIF上,科学家有望获得5倍到10倍的增益。即聚变产生的能量,将5倍到10倍于输入的激光能量。然而,即使实现这一目标,距离最终的核聚变发电仍然十分遥远。
& & & 要产生如此强大的激光,往往电力消耗十分惊人;通常,从电力转换成激光能,效率往往不足10%。而核聚变产生的能量,大部分都是以高能中子的形式存在的;包围材料要先将中子能转变为热能,再用来发电,其中又难免能量损失。因此,在中国科学院院士林尊琪看来,这种增益要达到几百倍,才可能用来规模化发电。
& & & 此外,要以百万千瓦的规模连续地输出电能,就需要在1秒钟内实现打靶10次以上。而目前,铷玻璃激光器两发之间的时间间隔,往往要以小时计,这显然难以满足未来产业化的要求。
& & & 很显然,即使NIF上的科学验证取得成功,要真正把聚变能变成一种可以依赖的“终极能源解决方案”,也要有一段漫长的路程要走,包括新的半导体技术、材料技术的突破等。
& & & 不过,也有专家提醒说,对于核聚变商业化的前景,亦不必过分悲观。
& & & 中国科学技术大学近代物理系教授郑坚对《财经》记者表示,除了激光,目前科学家还在对多种驱动源进行研究。比如德国GSI装置,就是采用重离子束来探索聚变可能性的;与强激光相比,虽然其成熟度略低一些,但驱动效率更高。
& & & 更重要的是,一旦惯性约束核聚变在科学上获得验证,鉴于其巨大的商业前景,企业和私营部门也会加入投资者“阵营”。这很可能会带来新技术应用的雪崩,并使得潜在的成本门槛被迅速拉低。
& & & 以美国为例,在NIF之后,就制定了雄心勃勃的LIFE(激光惯性约束聚变能)计划,希望把聚变能真正从实验室推向能源第一线。根据劳伦斯o利弗摩尔国家实验室的预测,到2030年前后,第一座商业化的聚变电站就可能成为现实。
& & & 无论是未来纯聚变的电站,还是能够更好地利用核燃料的聚变-裂变混合电站,都将引发一场能源革命。因为与传统核电站相比,聚变电站不仅在运行过程中不会产生放射性污染,并拥有几乎无限的原料供应,同时其单位发电量产生的废弃物,也只有前者的二十分之一左右。
& & & 最乐观的估计,到2100年前后,美国可能会有三分之二的电力供应都来自LIFE。当然,这中间还存在巨大的不确定性。但无论如何,对于中国而言,能否同步跟上这场潜在的革命,都是一个不能回避的挑战。毕竟,虽然起步并不比美国晚多少,但中国需要补的“功课”还很多。
& & & 神光Ⅱ的主放大系统
& & & 截至2006年,神光Ⅱ装置已经累计提供运行打靶3000多发次。开展了惯性约束聚变、X光激光等研究约30轮物理实验,获得具有十分重要意义的结果。其中激光惯性约束直接驱动打靶,获得单发40亿中子,是国际同类装置获中子产额的最好水平。开展的物理实验为我国ICF研究做出了重大贡献,标志着我国激光惯性约束实验已经真正跃上了一个短波长、大功率激光打靶的新阶段,对提高综合国力具有重要意义。
& & & 不论是国外还是国内,巨型激光驱动器都是综合国力的反映,能够代表一个国家在这一领域的科技水平。它的研制对相关科学技术有重大的带动作用。神光Ⅱ装置的研制不仅为即将建造的下一代激光装置提供极为宝贵的科学技术经验,而且带动了我国材料科学(激光玻璃、激光晶体、非线性晶体)、精密光学加工与检验(λ/10高平面度、低粗糙度、大口径光学元件研磨技术、金刚石车床飞刀切削大口径KDP晶体技术)、介质膜和化学膜层技术、高质量大口径氙灯工艺、精密机械和装校工艺及高压电能源系统、快速电子学、控制电子学、二元光学技术等相关学科或技术的跨越式发展。而这些相关学科技术在国民经济中的应用前景将是相当可观的。
& & & 国产450mm×500mm×1000mm大KDP晶体,大口径磷酸二氢钾(KDP)晶体是唯一可用作激光约束核聚变中Pockels盒和倍频器件的晶体材料,但是KDP晶体本身具有质软、易潮解、脆性高、对温度变化敏感、易开裂等一系列不利于光学加工的特点,也是ICF光学元件制造中公认的最困难的环节。
& & & 神光-Ⅲ
& & & 1995年,激光惯性约束核聚变在“863计划”中立项,我国科研人员开始研制跨世纪的巨型激光驱动器——“神光-Ⅲ”装置,计划建成十万焦耳级的激光装置。日,中物院神光Ⅲ激光装置实验室工程举行了盛大的开工奠基仪式。该工程位于绵阳中国工程物理研究院内,建筑面积28154m2,平面布置:呈长方形布置,建筑物总长178m,总宽75m,建筑结构十分复杂。规划中的“神光-Ⅲ”装置是一个巨型的激光系统,比当前世界最大的NOVA装置还要大一倍多。原计划它具有60束强光束,紫外激光能量达60KJ,质量和精密性要达到廿一世纪的国际先进水平,现在该计划可能已经进一步修改,以提高能量规模。惯性约束聚变点火工程(2020年)被已确定为《国家中长期科学和技术发展规划》的十六项重大专项之一。
& & & 目前,神光-Ⅲ原型装置“十五”建设目标已圆满完成,达到“8束出光,脉冲-万焦耳”的水平,标志着我国成为继美、法后世界上第三个系统掌握新一代高功率激光驱动器总体技术的国家,使我国成为继美国之后世界上第二个具备独立研究、建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。
& & & 神光Ⅲ装置是世纪之交我国历史上光学领域最宏伟的科学工程,必将全面带动相关科学技术攀登世界水平,是我国综合国力在科技领域的标志性体现,其作用和意义不亚于当年的“两弹”。这是挑战也是机遇,在王淦昌、王大珩、于敏等老一辈科学家带领下,已奋斗了三十多年,取得瞩目成果,而这只不过是序幕,需要几代人的不懈努力。根据规划,我国在2010年前后还将研制“神光IV”核聚变点火装置。
& & & 神光 加工好的Φ380mm成品晶片
& & & 我国激光核聚变大事记
& & & 1964年,王淦昌提出了研究激光聚变的倡议。
& & & 1965年,上海光机所开始用高功率钕玻璃激光产生激光聚变的研究。
& & & 1973年5月,上海光机所建成两台功率达到万兆瓦级的高功率钕玻璃行波放大激光系统。
& & & 1974年,上海光机所研制成功毫微秒10万兆瓦级6路高功率钕玻璃激光系统,激光输出功率提高了10倍。
& & & 1980年,王淦昌提出建造脉冲功率为1万亿瓦固体激光装置的建议,称为激光12号实验装置。
& & & 日,神光I通过了国家级鉴定。
& & & 1994年,神光I退役,神光I连续运行8年。
& & & 日,神光Ⅱ装置立项,工程正式启动。
& & & 2001年8月,神光Ⅱ装置建成,总体性能达到国际同类装置的先进水平。
& & & 日,中物院神光Ⅲ激光装置实验室工程举行了开工奠基仪式。
神光II高功率激光实验装置研制
& & & 惯性约束聚变(ICF)研究的长远目标,是实现可控核聚变,为人类提供理想的能源。高功率钕玻璃激光驱动器是目前国际公认的用于ICF物理研究最成熟的激光驱动器。
& & & 在王淦昌、王大珩、于敏三位院士的倡议下,ICF研究得到了国家的大力支持。1993年确立了国家“863”计划惯性约束聚变主题,从而进一步推动了国家ICF研究和高功率激光技术的发展,也为神光Ⅱ装置的研制奠定了重要的基础。
& & & 目前,我国研制的神光Ⅱ装置,在规模上处于世界上正在运行的ICF装置的第四位。神光Ⅱ装置的光束质量及运行输出指标要求已与当今国际高水平的大型激光驱动器光束输出质量水平相当。
& & & 1 研究工作现状和意义
& & & 神光Ⅱ装置是由中国科学院、中国工程物理研究院、国家“863”计划支持的大科学工程项目。该装置是目前我国规模最大、国际上为数不多的高性能、高功率固体激光装置,是我国中近期惯性约束聚变重要实验平台。
& & & 2001年12月底,神光Ⅱ装置通过了中国科学院、中国工程物理研究院联合主持的鉴定与验收。2002年获上海市科技进步奖一等奖。2003年获中国科学院杰出成就奖。
& & & 该装置是一个集中了当前国内最先进的激光、光学、精密机械以及计算机控制等系统为一体的综合性、系统性高科技工程项目。它的建成与投入运行,标志着我国在这一领域的综合研究能力上了一个新的台阶,对解决人类未来能源问题及开拓国际最前沿的“高能密度物理”研究具有重要意义。
& & & 2 主要研究内容和关键技术
& & & 神光Ⅱ装置由激光器系统、靶场系统、能源系统、光路自动准直系统、激光参数测量系统以及环境、质量保障等系统组成,是数百台套的各类激光单元或组件的集成,并在空间排布成8路激光放大链,每路激光放大链终端输出激光净口径φ230mm,具有两种脉宽(1ns,100ps)、3种波长(1.053μm,0.53μm,
0.35μm)的输出能力,该装置终端输出能量达到6KJ/1ns/1.053μm。
& & & 神光Ⅱ研制经历了十分艰苦的过程,科研人员开拓创新,为全面达到神光Ⅱ装置最终要求的技术指标,采用了国产高性能元器件,独立自主地解决了一系列科学技术难题,使神光Ⅱ项目实现了我国ICF激光驱动器发展史上质的重大跨越,使装置实质性地跨入了当代国际最先进的高功率固体激光驱动器的行列,也成为国内由中国科学院和中国工程物理研究院高水平合作完成的大科学工程的典范。
& & & 3 技术创新点及应用情况
& & & 高功率激光驱动器的科学技术水平最重要的是高激光质量、耐用性、稳定性、可靠性,以及驱动器激光运行输出极高的重复精度。
& & & 神光Ⅱ装置在研制过程中,独立自主地解决了一系列技术难题,创新集成了15项单元新技术。主要包括:(1)创新设计并研制成功的无开关同轴双程片状主放大器,在国际上首次投入运行。(2)在同轴双程主放中创新开拓的带滤波孔小园屏技术,解决了主放大器输出能力问题。(3)首创调Q型损耗调制单纵模激光振荡器核心新技术,在神光Ⅱ运行中获得国际同行瞩目的高稳定输出。(4)创新型高稳定性冷阴极闸流管控制的时空变换激光脉冲整形技术。(5)为解决激光靶精密瞄准问题独立发明的基频和三倍频严格同轴的高精度ICF靶场模拟光技术。(6)解决高均匀度线聚焦的凸柱面透镜列阵创新设计工作。(7)最新开拓的高激光破坏阈值介质膜平顶超高斯锯齿软边光栏技术。(8)化学法制做有特色的高激光破坏阈值三倍频晶体表面防潮增透膜技术。(9)高效快速自动准直技术,解决了激光装置全系统高精度自动准直、瞄准的关键等。
& & & 截至2004年,神光Ⅱ装置已经累计提供运行打靶2000多发次。开展了惯性约束聚变、X光激光等研究约20轮物理实验,获得具有十分重要意义的结果。其中ICF直接驱动打靶,获得单发4×109中子,是国际同类装置获中子产额的最好水平。开展的物理实验为我国ICF研究做出了重大贡献,标志着我国ICF实验已经真正跃上了一个短波长、大功率激光打靶的新阶段。
& & & 4 与国际同类装置技术性能综合比较
& & & 神光Ⅱ装置经过多年的关键技术攻关和技术创新集成,最终集成的神光Ⅱ装置总体技术水平已达到当前世界同类装置前沿水平。主要表现在:(1)基频单束激光运行输出能量与美国OMEGA装置相同口径(φ200mm)单束运行能量(750焦耳/ns)相当。经过4年3000发次以上(包括激光调试运行、激光运行),神光Ⅱ全系统没有一块钕玻璃激光片受到严重的激光损伤。(2)激光输出光束质量达到国际同类装置同等技术参数水平。表征光束质量水平的可聚焦功率参数指标为:3.5倍衍射极限范围内包含了70%的激光能量(1ω0);8倍衍射极限范围内包含95%的激光能量(3ω0)。神光Ⅱ装置与当今世界上最先进的在运行的OMEGA装置9倍衍射极限范围内95%激光能量技术指标相当。经过多年的物理实验、打靶运行,神光Ⅱ装置输出激光的通量、等效可聚焦功率密度和时空信噪比都达到了国际先进水平。为物理实验提供了高效的实验平台,确保了该项工作“十五”目标的超额完成。(3)标志激光驱动器设计和光束调控水平的激光光束近场填充因子达到约50%。计及光斑中心区黑区的影响,光束近场填充因子约60%,与日本Gekko-Ⅻ大型激光装置59%的水平相当。尚低于美国OMEGA装置75%的水平。(4)三倍频激光输出能力和稳定性是装置基频光束质量与三倍频技术实力的综合反映。神光Ⅱ三倍频激光输出以日常运行约60%的激光外转换效率和高稳定输出超过日本Gekko-Ⅻ涨落在30%-50%转换效率的日常运行结果。与美国OMEGA装置最高75%内转换效率相近。(5)神光Ⅱ装置采用“选好基准,以动制动”的新技术路线,采用有特色的CCD并行图像处理技术,用约30分钟时间即可实现全系统光路自动准直高精度调整,有效提高了光路自动准直工作效率,总体技术水平高于日本用四象限二极管2个多小时才可实现的Gekko-Ⅻ光路自动准直调整过程。
& & & 5 社会与经济效益
& & & 神光Ⅱ装置的研制不仅为即将建造的下一代激光装置提供极为宝贵的科学技术经验,而且带动了我国材料科学(激光玻璃、激光晶体、非线性晶体)、精密光学加工与检验(λ/10高平面度、低粗糙度、大口径光学元件研磨技术、金刚石车床飞刀切削大口径KDP晶体技术)、介质膜和化学膜层技术、高质量大口径氙灯工艺、精密机械和装校工艺及高压电能源系统、快速电子学、控制电子学、二元光学技术等相关学科或技术的跨越式发展。而这些相关学科技术在国民经济中的应用前景将是相当可观的。
& & & 神光Ⅱ装置的建成并投入运行,在我国的激光及光学界还具有特殊重要的意义。它标志着我国已具备研制高质量、更大型激光驱动器的综合能力,并将继续为我国的战略能源、惯性约束聚变、X光激光和高能量密度物理等前沿基础研究提供可靠的实验手段,具有潜在的经济效益和重大的社会效益。
& & & 主要参考文献
1 Lin Z Q, Wang S J, Fan D Y et ak. Successful operation of 8 beam SG-Ⅱ laser facility
for both 1ω0 and 3ω0 output. 强激光与离子束,:403-407.
2 Lin Z Q,Wang S J,Fan D Y et ak. SG-ⅡLaser Facility improvementAnd its precision
progress. Chinese Journal of Lasers, 2001, B10: 6-16.
3 Lin Z Q et ak. SG-ⅡLaser Elementary Research and precision SG-Ⅱ Progarm. Fusion
Engineering and Design, -66.
4 Dai D H, Wang S et ak. Experimental Characterization of Short wavelength Ni-like
soft X-Ray lasing towards the water Window. J.Opt.Soc. Am.,): .
5 Wang S et ak. Intense Nickel-like Neodymium X-ray laser at 7.9nm with a double
curved-Siab target. Jap.J.Appl.Phys.,):37.
“神光II高功率激光实验装置” 荣获上海市科学技术进步一等奖
& & & 日下午,在上海市市委、市政府召开的科学技术奖励大会上,上海光机所高功率激光物理联合实验室研制成功的“神光Ⅱ高功率激光实验装置”荣获2002年上海市科学技术进步一等奖。
& & & “神光Ⅱ装置”是我国激光光学领域至今规模最大,技术最为复杂,国际上为数不多的高功率激光惯性约束聚变装置。它是我国惯性约束聚变(ICF)研究的主要驱动器之一和重要实验平台。项目研制期间共发表科技论文159篇,获发明专利17项,授权7项,培养博士、硕士年轻人才达25人。
& & & 从“神光I”到“神光Ⅱ”前后历时20多年,经过广大科技人员的共同努力,今天终于取得了丰硕骄人的成就。现在“神光”人又以饱满的精神,高昂的热情投入到高效多功能激光装置的建造中去,投入到“神光Ⅱ”装置的实验运行中去。在获奖的名单中,有两个刺目钻心的黑框:邓锡铭、陈庆灏,他们身影不再,但光华永存。
& & & “神光Ⅱ高功率激光实验装置”的研制成功标志着我国在这一研究领域的有关高新技术综合能力上了一个新台阶,为我国今后建造更高功率激光驱动器积累了宝贵的经验,带动了我国相关学科科学技术的发展。这是高功率激光物理联合实验室的骄傲!这是上海的骄傲!这是中国的骄傲!
两院院士评出2002年中国十大科技进展
& & & 新华网北京日电(记者 张景勇)中国科学院学部联合办公室、中国工程院学部工作部等联合主办,宋健、路甬祥、徐匡迪等568位中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2002年中国十大科技进展新闻26日在京揭晓。
& & & 2002年中国十大科技进展新闻分别是:
& & & 一、我国科学家率先绘制出水稻基因组精细图和水稻第四号染色体精确测序图
& & & 中科院基因组信息学中心等单位完成的水稻基因组精细图,覆盖了籼稻97%的基因序列,其中97%的基因被精确地定位在染色体上;覆盖基因组94%染色体定位序列的单碱基准确性达99.99%,已达到国际公认的基因精细图标准。中科院国家基因研究中心等单位完成了国际水稻基因组计划第四号染色体精确测序图,为人类最终揭开水稻遗传奥秘做出了重要贡献。
& & & 二、“神舟三号”、“神舟四号”飞船发射成功
& & & 3月25日,“神舟三号”飞船发射成功,这是一艘正样无人飞船,其技术状态与载人飞船完全一致。12月30日,“神舟四号”飞船发射成功,载人航天应用系统全系统参加试验,飞船在太空自主飞行和留轨飞行期间进行了多模态微波遥感器对地探测、综合精密定轨试验、生物大分子和细胞的空间分离纯化实验、微重力流体物理实验等空间科学技术研究项目。
& & & 三、我国发现首个世界级大气田 探明储量6000多亿立方米
& & & 科技部、中国石油天然气股份有限公司等5月22日宣布,经过两年多的勘探,在内蒙古伊克昭盟发现的苏里格大气田又传来令人振奋的消息:天然气探明地质储量达到6025.27亿立方米,相当于一个储量6亿吨的特大油田,不仅是我国现在规模最大的天然气田,也是我国第一个世界级储量的大气田。苏里格气田处于鄂尔多斯盆地,具有含气面积大、储量丰富、气层物质好、单井产量高等特点。
& & & 四、三峡工程导流明渠截流成功
& & & 11月6日,长江三峡工程导流明渠截流胜利合龙。全长3.7公里、渠宽350米的导流明渠,是为解决三峡二期工程期间通航和过流而开挖出来的一段“人造长江”。这次截流是世界水利水电工程中综合施工难度最大的一次截流,其截流水力学指标高于三峡大江截流和葛洲坝大江截流。
& & & 五、我国第三代移动通信系统研制成功
& & & 国家重大科研项目——“中国第三代移动通信系统研究开发项目”2月7日正式通过专家组验收,标志着我国在第三代移动通信的核心技术方面取得了突破性进展,形成了近百项国家发明专利和国际发明专利。开发成功的TD-SCDMA标准,是电信史上首次由我国提出并得到国际电信联盟接纳的国际标准。
& & & 六、我国已初步掌握当代CPU关键设计制造技术
& & & 中科院计算所研制成功我国首枚高性能通用微处理芯片——“龙芯”1号CPU,装载这颗“龙芯”的我国第一台具有自主核心技术的服务器——“龙腾”也应运而生,这标志着我国已初步掌握当代CPU关键设计制造技术,也改变了我国信息产业的无“芯”历史。这枚芯片包含近400万个晶体管,实测定点与双精度浮点运算速度均超过每秒2亿次。
& & & 七、浙江农科院培育出世界上含油量最高的油菜新品系
& & & 浙江省农业科学院原子能所运用基因工程新技术,首创了一种油菜含油量调控技术,成功地大幅度提高了油菜的含油量,他们培育的“超油1号”和“超油2号”两个油菜新品系,含油量提高25%以上,提高幅度是国内外同类研究中最高的,其中“超油2号”的含油量高达52.82%,是目前世界上含油量最高的甘蓝型油菜。
& & & 八、“神光二号”巨型激光器研制成功
& & & 中科院、中国工程物理研究院研制,建在中科院上海光机所的“神光二号”巨型激光器,成百台光学设备集成在一个足球场大小的空间内,当8束强激光通过空间立体排布的放大链聚集到一个小小的燃料靶球时,在十亿分之一秒的超短瞬间内可发射出相当于全球电网电力总和数倍的强大功率,引发聚变反应。这标志我国高功率激光科研和激光核聚变研究已进入世界先进行列。
& & & 九、北大医学部科学家初步揭开人类细胞衰老之谜
& & & 北京大学医学部研究组经过多年研究,目前已初步阐明人类细胞衰老的主导基因P16是人类细胞衰老遗传控制程序中的主要环节,揭示了P16基因在衰老过程中高表达的原因,从而初步揭开了人类细胞衰老之谜。这是我国学者在人类细胞衰老机理上取得的原创性贡献,它为科学界进一步阐明人类细胞衰老问题提供了一条新途径。
& & & 十、联想推出万亿次超级计算机
& & & 由联想集团推出的、具有自主知识产权核心技术的超级计算机,运算速度可达每秒1.027万亿次,达到目前公布的世界前500名超级计算机排行榜中的第24位的水平,前23位的计算机均为日本和美国制造。这标志着国内大型IT企业开始进入高性能计算领域的研究开发,对我国高性能研发工作的产品化、工程化具有重要意义。
我国“神光二号”巨型激光器研制成功
& & & 新华网上海日电(张学全 徐德祖)在十亿分之一秒的瞬间可发射出相当于全球电网数倍的强大能量,类似物理条件在自然界中只有在核爆炸中心、恒星内部或是黑洞边缘才能找到,而今在上海一个足球场大小的激光器内就能实现。这是日前研制成功的我国“神光二号”巨型激光装置显示的威力。
& & & 建在中科院上海光机所的“神光二号”,成百台光学设备集成在一个足球场大小的空间内。当8束强激光通过空间立体排布的放大链聚集到一个小小的燃料靶球时,在十亿分之一秒的超短瞬间内可发射出相当于全球电网电力总和数倍的强大功率,从而释放出极端压力和高温,引发聚变反应。
& & & “神光二号”可用作科学实验,释放的巨大能量在实验中产生的极端物理条件,对基础科学研究、高技术应用和确保国家安全的新技术的推出,均有重大意义。
& & & “神光”的未来前景诱人。据专家介绍,核聚变是未来清洁能源的希望所在,估计到本世纪中叶,科学家可利用激光聚变技术,把海水中丰富的同位素氘、氚转化为巨大的、取之不尽的能源。“神光二号”的建成,为我国科学家从海水中获得能源迈出了可喜的一步。
& & & “神光二号”的问世,标志我国高功率激光科研和激光核聚变研究已进入世界先进行列。目前,如此精密的巨型激光器只有美国、日本等少数国家能建造。“神光二号”的总体技术性能已进入世界前5位。
& & & 《人民日报》(日第二版)
巨型激光系统“神光II”在沪建成
& & & 南方网讯 中科院上海光学精密机械研究所联合全国近百名科研人员,经多年攻关,对“神光Ⅰ”装置进行升级重造,建成了一台规模更大、技术更先进的激光聚变实验装置——“神光Ⅱ”。该装置最近在沪通过专家鉴定。
& & & 在建成于1987年的“神光Ⅰ”实验平台上,我国科学家开展了大量研究,获得多项国际一流水平的物理实验结果。更为先进的“神光Ⅱ”由百余台光学设备集成,8束激光通过空间立体排布的放大链,在十亿分之一秒的超短瞬间内,传输发射出相当于全世界电网功率总和数倍的强大功率。然后,8条强光同时聚焦于一个小小的燃料靶球,释放出极端压力和高温,引发聚变反应。
& & & 据悉,目前只有美国、日本等少数国家能够建造这类精密的激光系统。在全球同类装置中,“神光Ⅱ”的总体性能已跻身前五名。在“神光Ⅱ”研制过程中,科学家不仅采用了国产高性能元器件,同时还提出了15项创新技术,使“神光Ⅱ”成为我国大科学工程的重要代表。
& & & “神光Ⅱ”的建成对基础科学研究、高技术应用和国家安全具有重要意义。同时,核聚变是地球未来清洁能源的希望所在,预计到本世纪中叶,人类就可以利用激光聚变技术,把海水中丰富的同位素氘、氚,转化为巨大的、取之不尽的能量。(编辑:湄)
& & & 新闻来源:光明日报
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