4-61  激光聚变主放大器能源系统

周丕璋  郭良福  陈德怀  力一峥  薛锡刚 於海武  魏晓峰  郑万国  彭翰生

激光聚变驱动器要求其能源系统为闪光灯泵浦的放大器提供脉冲能量。传统的能源系统往往需要一些列独立的小型能源单元，而NIF和“神光”Ⅲ原型则采用单个模块储能高达1.6 MJ和600 kJ的新型能源模块。而且对激光主放大器和功率放大器只需一种规格的能源模块，这就极大地降低了硬件价格和安装费用，新型的能源模块还带有预电离/灯检查系统,其优点是多方面的。

然而，由于新型能源模块储能大，并采用多台电容器和闪光灯并联工作，在技术上面临极大的挑战。事实上，无论NIF还是“神光”Ⅲ原型的能源模块都是在性能—价格，风险—价格之间不断的优化而建造起来的。

在确定单个模块的大小时，主要是在价格与性能、风险之间进行折衷。模块越大，则总元件数目越少，但模块增大的限度又取决于其可靠性和主开关通过大电流和电荷量的能力。目前，NIF主开关通过电流峰值为500 kA，“神光”Ⅲ原型开关通过电流峰值为200 kA。

“神光”Ⅲ原型的主要参数是：储能大于600 kJ，工作电压23 kV，脉冲峰值电流大约200 kA，脉冲宽度420~470 ms，带有预电离/灯检查系统。LLNL、Sandia和中物院八所对新型能源模块主要的3种故障模式（一台电容器内部短路，母排短路，一路氙灯短路）进行了计算机模拟和实验研究。当考虑了一定的保护措施后，NIF和“神光”Ⅲ原型回路相应部分的故障电流分别可达300 kA，1.6 MA，100 kA和100 kA，1 MA，45 kA。从这些数据可以清楚地看出，必须仔细设计研究模块的元部件，使其工作安全、可靠。在评述NIF能源模块的基础上，着重评估了自行研制的能源模块。该模块已经成功用于4´2´3组合激光放大器和“神光”Ⅲ原型激光装置。

根据“神光”Ⅲ主机的需求，目前正在进一步开展关键元部件的研究。此外，还将继续评估“神光”Ⅲ原型的能源模块在正常预故障条件下的工作性能，以便优化设计，研制出完全满足“神光”Ⅲ主机要求的能源模块。