核物理与等离子体物理学科研究进展

神光Ⅲ原型装置片状放大器集成实验系统：进行了4´2´3片状放大器系统的小信号增益实验研究，重点研究了大口径片状放大器自发辐射特性对放大器增益能力以及增益空间均匀性的影响，获得了5.0%/cm的小信号增益系数，实现了单片小信号增益1.27，储能效率3.0%的研究目标；重点研究了放大器的泵浦参数对氙灯光效的影响，包括预电离、以及泵浦脉宽等，研究结果表明，预电离可以使氙灯光效增加7.8%(NIF报道的结果为10%)，泵浦脉宽从500ms变到450ms时，氙灯有效泵浦光能量增加了2.0%；重点研究了全系统运行可靠性与稳定性的问题，开展了一系列的判断实验。完成了渐开线反射器复杂泵浦腔的腔传输光线追迹程序开发（几何版）。

神光Ⅲ原型装置多程放大实验系统：开展了四程放大输出光束波前特性的研究；完成了总体集成演示实验光路自动准直方案和系统的联机调试，实现了全系统的光路准直，为原型装置设计提供了实验依据。完成了与预放大级系统的联机实验，使四程放大系统输出通量和输出功率密度达到了原型装置水平，进一步用实验验证了四程放大方案的可行性。开展了电光开关驱动源1拖多技术的研究，单脉冲过程电光开关和静态开关原理性研究，获得了较好的结果，为其工程化实施打下了基础。

神光Ⅲ原型装置靶场系统研制：首次开展了大口径KDP晶体中TSRS模拟计算，并通过计算结果为决策原型装置大口径KDP和DKDP晶体的需求计划提供理论依据。按照原型装置一期集成诊断靶场工程设计，首次建立了Ⅰ型终端光学组件、分光组件、基频光和三倍频光的参数诊断测量包等全套实验样机，并已开展了初步实验研究工作，取得了部分实验结果。在靶场模拟实验平台上开展靶场光束自动准直系统实验研究工作，对调整精度进行了较合理分解。

神光Ⅲ原型装置精密装校系统：实现了激光预处理系统的自动运转和小面积膜层的预处理实验，明显提高了损伤阈值(约1.5倍)。开展了光学表面粗糙度测量和评价研究，分析了材料、尺寸、形状对粗糙度的影响。成功地完成了小口径（f 50）化学膜层涂制，其膜层均匀性和透射率都达到使用要求，透射率达99.6%，损伤阈值达30J/cm²（1064nm/4 ~ 5ns/1mm光斑），验证及考核了胶体配方组分及膜层涂制工艺。

神光Ⅲ原型装置参数诊断系统：完成诊断系统方案的定型，开展诊断方案光学系统的优化设计，实验验证原型装置光束远场诊断系统方案的可行性；完成集成演示实验中激光参数的测量，初步完成主放诊断包的研制；建造了激光参数测量校准实验室，初步完成激光远场测试仪小样的研制。

1.5.2 高功率激光驱动器技术

超短脉冲激光技术研究：20TW超短脉冲激光装置建造初具规模，建成目前国内同类装置中输出能量最大的装置，压缩后的输出能量接近1J。首次采用并成功实现超短脉冲系统的全像传递放大，保证了放大后输出光斑的近场质量优良，全系统调试后脉宽压缩到70fs；主放大器的结构一改传统的平面放大构型，独创空间四程放大构型，反射镜架采用“两拉两顶”形式，大大提高了装置总体稳定性；为增加激光脉冲的填充因子、提高脉冲的能量转换效率，对20TW主放的入射光束进行空间整形，使高斯光束整形为超高斯光束，改善了激光脉冲的光束质量。

建立了大口径、大能量LD泵浦激光放大器实验平台；并成功开展了新型泵浦耦合方式增益测试、热效应控制、结构定型等系列实验，初步确定了有自己特色的大口径大能量LD泵浦放大器泵浦方式和热控制方式。

研制了高效大能量固体激光器，其中的新型YAG放大器设计基本成功，经进一步完善后可构成有自主知识产权的一类新型放大器，并有极大的市场推广和应用价值。

1.5.3 先进光学元件制造技术

探索了大口径KDP晶体单点金刚石车削加工的最佳工艺路线并确定了精密车削工艺，进行了KDP晶体粗糙度，表面疵病实验，最终加工出满足神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置要求的大尺寸KDP晶体，为制造流程线建设奠定了基础。

设计研制了非球面高效磨削加工装置，探索和研究了非球面数控抛光加工工艺。

开展了原型装置高消光比偏振膜等特种光学薄膜镀制造技术和工艺定型研究并提供了样件，建立并完善了大尺寸薄膜制造工艺流程线。

2 核物理与中子物理

2.1 核物理理论研究与计算方法

利用戴维森粗估方法和单群Sn方法，估算了纯²³⁸Pu、²³⁹Pu的理想单质金属球快中子临界半径；选取一种核废料，研究了在分离处理前后作为混合的特性，结果表明含²³⁸Pu的核废料经适当分离后，临界质量由20.154kg减为16.930kg，即使存放十年，其裂变增殖性能变化不大。

在钚材料裂变系统中，选择一个典型模型、采用M.C方法得到不同类型外中子源的、由一个源中子在该模型Pu区中形成的中子注量能谱积分中子注量，进而定出平均截面，估算出了钚材料中²³⁷Pu的生成量和相应的Ratio值，结果可用于D-T聚变诊断。

研究了裂变链成长过程中反应性和中子源强不确定性的效应。讨论了一次裂变引发持续裂变链的概率与一个中子引发持续裂变链的概率的关系，论证了在νp.W(t)<<1的条件下自发裂变中子源可以近似地看作强度相同的一般中子源。估算了系统内初始中子引发持续裂变链概率。

为促进核数据评价向精密化发展，以Si为例，利用软旋转模型和耦合道方法的统一框架，开展了集体激发能级和核子散射数据自洽分析的研究。

研究了大步长和小步长多时间步粒子输运问题的M.C计算方法，对于大步长问题，给出了自适应并行处理选取法；对小步长问题，发展了四种并行I/O算法。

编制了采用三种不同计算方法、独立计算a 本征值的多群Sn程序，对深次临界情形下的a 本征值计算作了探索。研究重点在于选取合适的计算方法。

2.2 核物理及中子物理研究及应用

利用MCNP4A程序和数据库模拟计算了D-T中子穿透系列铁球的伴生g 射线泄漏能谱，并与相应积分实验结果进行了比较，二者符合较好。获得了铁球厚度对能谱变化的影响规律。

用高阈能活化箔技术测量了D- T中子在纯水泥圆柱壳体上反照的、能量大于6MeV的中子，同时获得了有无纯铝反射层的中子反照系数，结果可应用于理论计算方法和程序的检验。

对特定实验条件，采用铀核裂变法实验，研究了中子引发²³⁸U产生的裂变率，并利用MCNP/4A和ENDF/B- V库数据进行模拟计算，两者在误差范围内符合。

利用气体放电装置和专用测量系统，开展了氢气放电中异常粒子判断性实验和粒子转换为1.86keV X射线实验，结果表明有一种异常粒子产生且可转换为X射线的现象。

在中科院高能物理所同步辐射小角度散射实验站上，采用X射线小角度散射法研究了含能材料的微观结构，获得了不同粒径的TATB炸药粉末样品及TF14药片样品内微孔的平均孔径。结果对制备工艺和条件的优化具有一定意义。

3 核反应堆物理及应用技术

3.1 CFBR- Ⅱ快中子脉冲反应堆及其应用

CFBR- Ⅱ堆是我国目前惟一在役的快中子脉冲堆，2001年正式启动其技术改造工作，主要包括控制及安全保护系统，监测系统的研制和3个控制台的改造。初步调试表明，各系统更加稳定可靠，性能有所拓展，指标大有提高。

根据CFBR- Ⅱ堆具体情况，针对目前应力理论分析中的问题，构建了一个二维计算模型，提出一种替代常用的“时间耦合计算”方法，给出了堆体构件应力响应随脉冲特性参数的变化规律。

缓发中子参数对反应堆的控制、安全等具有重要作用。分别利用4种不同的探测系统测量分析了在1W运行10min，200W运行1h以上和爆发脉冲后第一群的缓发中子强度随时间的变化，获得第一群缓发中子先驱核半衰期。

详细计算分析了能谱变化对²³⁹Pu裂变室测量快中子注量的影响，结果表明在CFBR- Ⅱ堆泄漏中子场中进行快中子注量测量时，如果探测器周围没有慢化体，一般采用带Cd套的²³⁹Pu裂变室测量中子注量，反之则应采取加¹⁰B套进行测量。

研制了脉冲堆引发时间测量仅和反应堆控制棒速度测量系统。

3.2 #300反应堆及其应用

#300#反应堆将恢复高功率连续运行。为此计算和分析了堆芯51盒元件装载燃耗情况，为更换堆芯布置、调整元件盒提供了参考。

采用#300反应堆在线中子照相装置进行了铅基复合样品的中子照相，结果表明，目前条件下引出的热中子束分别了穿透5cm的不锈钢、铜和6cm的铝，可有效地检测重金属内隐藏的轻金属和重金属自身的裂缝、气孔等缺陷，但照相装置仍需改进以期获得更好的分辨率和反差灵敏度。

研究了锆钯复合膜真空高温加氢制备技术和工艺，包括锆表面氧化膜真空高温除氧加氢法、镀钯后的真空高温退火除氢，最终达到制备锆钯复合膜。

4 核测试技术和方法

实验研究并详细分析了采用BF₃和PMT闪烁探测器测量脉冲中子产额时影响测量不确定性的因素，建立了铜活化法测量系统，确定了脉冲中子产额测量的最佳条件和方法。

发展和精密化了静态次临界装置衰变常数瞬态测量方法，测量系统由CeF₃晶体、大线性电流光电倍增管、外加铝套及644A型数字示波器构成。测试结果与设计值相符，与其它方法的静态测量结果符合。

研制了ST1422和ST401闪烁体与PMT组成的狭缝闪烁中子探测系统，研究了其中子灵敏度，结果表明本系统比传统的、直照模式系统下限灵敏度降低约一个量级，拓宽了探测器的使用范围。

利用强⁶⁰Co源释放出的g 射线与靶相互作用产生的康普顿效应实现了脉冲辐射探测器在不同能点的g 灵敏度高精度标定。

实验研究了通过测量高能中子在特定装置中的消失以及装置外的高能中子泄漏数来确定D- T中子源数目的方法，结果表明，此方法（高能中子消失法)可以单独用于D- T中子产额测量，实验误差在10%以内，具有独特的优越性。

为依法开展个人辐射计量检定，研制了具有安全连锁功能的X、g 个人剂量计校准辐照装置及配套测量系统。系统长期稳定性好于1.6%/a，测量结果合成标准不确定度为2.3%。

5 脉冲功率技术及加速器物理

基于将束流脉冲等分成m个束片、研究在n个加速腔的运动的方法编制了模拟程序，研究了直线感应加速器中束流崩溃不稳定性，提出了抑制措施。

PSPICE软件采用数学模型和仿真算法，对电路进行分析、计算和校验，利用PSPIC模拟计算了与实验所得的闪光Ⅰ负载上的电压波形，结果表明比较真实地反映了装置的电性能，可将此电路模型应用于新的脉冲功率装置的设计中。

DPF能源装置是冲击大电流装置。整体采用同轴结构，最大储能12.5kJ，放电回路由电容、开关、传输线组成，其性能将直接影响装置的稳定性和可靠性。经测试和计算，能源系统的电感约为23nH，用DPF腔体作负载，当阳极电压为23kV时，输出电流的峰值大于500kA。

设计研制了Z箍缩快速电磁阀，其气室容量约100cm²，充气压力范围为1.0´ 10^5~ 1.01´ 10⁷Pa，阀门提起速度小于10m/s，开启时间抖动约50m s，放电电流起点与开启时刻的时延约2.9ms。二维非定常流场计算表明，其性能优于采用涡流原理制作的电磁阀。

研制了一台以Blumlein脉冲形成网络(BPFN)与低变比的脉冲变压器相结合的小试高压窄脉冲电源，为200kW功率的高压脉冲电源的研制提供了实验数据和技术支撑。

6 X光激光