10 月 30 日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施创造了激光能量的新记录，首次在点火目标上发射了 2.2 兆焦耳的能量。该实验产生了 3.4 MJ 的聚变能产率，实现了点火，并提供了 NIF 有史以来第二高的中子产率。
“这个创纪录的激光能量水平是一项令人难以置信的成就，已经酝酿了很多年，”NIF主任Gordon Brunton说。“这也标志着我们第四次在NIF上成功演示聚变点火。 这项工作是实验室使命的基础，点火使前所未有的能力能够支持国家核安全局的库存管理计划，并有可能使我们更接近聚变能源的未来。
LLNL于2022年12月5日首次实现聚变点火。第二次是在 2023 年 7 月 30 日，当时在受控聚变实验中，NIF 激光器向目标传递了 2.05 MJ 的能量，产生了 3.88 MJ 的聚变能量输出，这是迄今为止实现的最高产量。2023 年 10 月 8 日，NIF 激光器第三次实现聚变点火，激光能量为 1.9 MJ，聚变能量产率为 2.4 MJ。
迄今为止，LLNL已四次在NIF上实现聚变点火。
“我们正处于一条陡峭的性能曲线上，”NIF和Photon Science激光科学与系统工程组织的联合项目主任Jean-Michel Di Nicola说。“增加激光能量可以让我们有更多的余量来应对燃料舱的缺陷或燃料热点的不对称等问题。更高的激光能量有助于实现更稳定的内爆，从而获得更高的产量。
激光可以提供如此多的能量是毫无疑问的。挑战在于保护NIF珍贵的光学元件免受碎屑的影响。
“激光器本身能够在不对激光器进行根本性改变的情况下获得更高的能量，”NIF运营经理Bruno Van Wonterghem说。“这完全是为了控制损害。没有适当的保护，能量太大，你的光学元件就会被炸成碎片。
NIF是世界上唯一一个在损伤阈值以上运行的激光系统，这一壮举在一定程度上得益于光学回收回路。
LLNL的光学材料科学与技术项目不断发现新的损伤机制，并寻求减轻这种损伤的方法。2021 年 8 月，NIF 以 1.9 兆焦耳的激光能量实现了 1.35 兆焦耳的产量，这些努力得到了加强。
“我们离点火很近，”迪尼古拉说。“我们一直在努力。我们将激光器调高到 2.05 兆焦耳，以向目标传递更多能量并提高激光传输的精度。我们提高了靶标质量并微调了实验设计，以最大限度地发挥这些变化的影响。2022 年 12 月 5 日，我们做到了。我们首次实现了聚变点火。
淬火光学元件
2023 年 6 月完成的两项重大缓解措施对于向目标提供 2.2 MJ 的激光能量至关重要——在 NIF 三分之二的光束线上使用熔融石英碎片屏蔽层，并在 32 条下半球光束线上安装金属屏蔽层，根据光束线的不同，将碎片引起的损坏率降低了 10 到 100 倍。由于重力作用，这些较低光束线中的光学器件从目标室接收到的碎片最多。
其他改进包括新的抗反射涂层、蒸汽六甲基二硅氮烷处理和增加光学回收回路的容量。一种新的缓解措施，灰色边缘阻断剂，解决了科学家们尚未完全确定的问题。
“有一部分光束的表现不如其他光束，”Di Nicola说。“我们发现，如果我们在光束线的一个边缘投射阴影，从根本上降低激光能量密度，这些光束线的性能会更好。我们仍然不太了解问题的根源，但将来会积极调查这个问题。
对于从事NIF的科学家和工程师来说，解开谜团是伴随着领土而来的。
“我们进行了仔细的激光损伤研究，并对已确定的缓解措施进行了建模和测试，”OMST首席副手Tayyab Suratwala说。“然而，每当我们调高激光能量时，我们就进入了前所未有的领域，揭示了新的破坏机制。
不仅仅是一把锤子
仅靠更多的能量不足以继续NIF令人难以置信的科学突破记录。
“你需要控制和巧妙地挥舞更大的锤子，”迪尼古拉说。“激光脉冲的持续时间仅为十亿分之一秒，因此您需要精准的精度才能使其恰到好处。”
为此，该团队最近完成了高保真脉冲整形系统的部署，该系统可实现更精确和准确的脉冲整形。HiFiPS是一个酝酿多年的项目，在内爆中实现了更好的功率平衡和对称控制。
在另一项改进中，该团队翻新了该设施的光纤，使其对反复中子暴露更具弹性。这些光纤用于精确测量传递到目标的激光脉冲。翻新后信号强度提高了 10 到 100 倍，使研究人员能够继续“看到”激光性能。
期待
现在激光器已经提供了2.2 MJ的激光能量，该团队又回到了研究阶段，遵循他们在产生聚变点火的第一次实验后进行的相同过程。
“我们正在研究光学器件，评估损坏情况，并了解我们多久可以使用一次这种新功能，”Suratwala说。“与此同时，我们正在庆祝这一重大成就。这是LLNL内部一个大型团队和许多外部合作伙伴多年辛勤工作的结晶。
