激光系统上实现聚变点火过程中到底内爆运动是什么样的？怎么衡量这些运动？惯性约束聚变内爆产生的温度能有多高？

你了解过激光驱动不对称么？想象一下，双手之间夹着一个气球，用同样的力挤压它的两边，使它均匀地向下收缩。然而，如果你在一侧比另一侧用力，气球不会均匀压缩，气球不仅不会下降，反而会离用力的手越来越远。

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与此类似，惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)靶丸驱动也存在不平衡现象——如果它在顶部的推动力大于底部，靶丸将向下移动。这种运动分散了加热靶丸和产生聚变的能量。与手不同的是，可以想象用两个活塞压缩气体。劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)科研人员Dave Schlossberg就是这样解释激光驱动不对称效应的。

LLNL

该团队在国家点火设施进行了实验，以研究一种会显著降低性能的“低模式”激光不对称。有了这些知识，就有可能减少不对称并提高其性能。这也是过去几年中一系列修复辐射损失、工程特征和烧蚀不对称造成的退化的众多实验之一。

显示内爆ICF热点内测量和模拟气流的组合图。(a)时间分辨X射线发射用于在内爆过程中跟踪明亮的“示踪”粒子。(b)三种不对称驱动的水平流速和(c)垂直流速:向上(▲)和向下(▼)驱动的内爆显示出强烈的垂直流。(d)来自向下(▼)驱动的内部流动流线数据，覆盖在2D HYDRA模拟的流场上

精确表征测量

这项工作有四个关键发现——不对称激光驱动的测量特征；模拟和实验的一致性；随着整体等离子体运动的增加，表观离子温度的多普勒展宽的量化；观察到的驱动热点流与宏观输入参数的关联。“在实验科学中，我们只知道我们能测量什么——所以首先我们需要描述显示这些内爆遭受激光驱动不对称的测量参数，接着将这些测量结果与模型进行比较，看看它们是否一致。结果证实确实存在一致性。”

氘氚聚变的一个产物是在质心框架中以51234公里/秒速度运动的中子（速度大约是光速的17%）。如果产生这些中子的等离子体也以一定的速度运动，那么这个速度会叠加到中子运动上。研究小组表明，中子速度的微小变化与测量的飞行时间中子谱的加宽直接相关。我们可以想象一下测量枪支子弹发射的到达时间，子弹其实就代表着中子。“如果你是一名神枪手，每次你发射子弹时，它都绝对静止，会在完全相同的时间到达目标。但是，现在假设你跑动射击，那么有些子弹会早些到达，有些子弹会晚些到达，这取决于你每次开枪时的速度。”

Schlossberg说，同样的事情也发生在内爆、聚变等离子体中，这些等离子体在运动的同时产生中子。中子飞行时间诊断精确测量中子到达时间，并将它们与等离子体的内能联系起来。因为等离子体在运动，到达时间有额外的扩散，这是推断等离子体温度时的一个重要考虑因素。这项工作描述了表观离子温度如何由于氘氚速度的变化而升高。

“示踪”粒子绘制聚变等离子体中的流动

这项工作的最终发现是直接测量聚变热点内流动的氘氚离子。胶囊里掺杂的钨——作为内部流动的“示踪”粒子，被注入热等离子体，并在X射线范围内被点亮。通过追踪这种“示踪”粒子随时间的运动，研究小组绘制出了等离子体熔化时的流线。这一点很重要，因为这些流动是表观温度升高的原因，而且两次测量结果一致。

该团队利用这一测量将微观热点内的流动与宏观激光驱动中的不对称联系起来。当它们平衡激光驱动时，这些流动消失了(见图中的●轨迹)。这些发现提供了对激光驱动不对称对内爆性能影响的全面理解，并且在实验、模拟和理论上显示了一致性。这为未来识别和减少激光驱动中的这些不对称现象的工作提供了更多可能，未来有望全面提高性能。

任何研究不是一蹴而就的，是通过多次实验不断优化的。研究人员回忆实验过程时说：“当我们在第一次拍摄后看到初步的时间分辨X射线成像时，我们立即j就被这些微观的壮观现象吸引住了，最终发现了示踪粒子穿过热点的时间分辨运动，”施洛斯伯格说。这种材料的传播速度约为光速的0.1%，密度约为固体材料的10倍。"该研究离不开数据处理分析、靶制造、操作和诊断多部门、多小组的努力，让人再一次惊叹团队的力量之大！