記者剛剛從中國科學院獲悉，近日，在國家重大科研裝備研製項目「高功率納秒雷射器及精密探測儀器研製」支持下，中國科學院空天信息研究院和中國科學技術大學等單位聯合研製出高速高精度雷射湯姆遜散射儀。今年5月在「科大一環」磁約束聚變等離子體裝置開展實驗中，基於重複頻率200赫茲、單脈衝能量5焦耳的雷射脈衝，實現了小於5電子伏特的電子溫度測量精度，電子溫度安全預警時間間隔達5毫秒，所獲得的預警時間是國際同類系統的一半，指標提高一倍。這標誌著我國在該領域進入國際領先水平行列，為我國未來磁約束聚變能裝置的高精度測量奠定了堅實基礎。
中國科學技術大學磁約束聚變等離子體裝置「科大一環」
在磁約束聚變反應裝置工作過程中，偏濾器將承受巨大的能量洩放，需要對等離子體電子溫度進行提前預警和實時反饋控制，實現脫靶而避免等離子體損傷器壁進而導致災難性後果。基於高頻高能雷射的湯姆遜散射測量是精確測量等離子體電子溫度的唯一可靠測量手段，雷射的工作頻率決定了溫度預警的採樣時間間隔，間隔越小系統預警越及時，裝置運行安全係數越高。限於雷射器能量和頻率水平,我國以往等離子體溫度診斷採用數十赫茲的低頻雷射器，採樣間隔寬，遇到緊急情況無法及時預警，導致裝置運行存在巨大風險。雖然採用多臺低頻率雷射器合束技術可以滿足預警時間間隔要求，但是這種方法可靠性大幅降低。歐洲和日本已經掌握了100赫茲工作頻率的高能雷射技術，預警時間間隔達到10毫秒，但這個預警時間間隔仍然較長，無法完全保證裝置安全運行。
雷射系統
自2015年起，空天信息研究院聯合中國科學院光電技術研究所和同濟大學等單位歷時3年時間，突破了高能量高光束質量雷射傳輸與放大、雷射相位共軛波前畸變校正、大口徑/大尺寸雷射放大模塊、大功率脈衝雷射驅動電源等關鍵技術，於2017年4月在國際上首次發布重複頻率200赫茲、脈衝能量5焦耳、脈衝寬度6.6納秒、光束質量1.7倍衍射極限的高頻高能雷射指標，將我國納秒脈寬雷射器的功率水平提高了1個數量級。研究團隊研發出基本完善的工藝流程，核心器件/部件實現國產化，形成整機工程化製造能力。以200赫茲/5焦耳雷射器為光源，中國科學技術大學攻克了大功率雷射傳輸系統綜合降噪、收集光學精準對焦、弱光信號探測提取等難題，成功地研製我國迄今精度最高的雷射湯姆遜散射檢測系統。
信號光收集系統
研究團隊後續將開展更高功率、更高頻率雷射器研發和更高精度的診斷實驗,計劃將雷射器的工作頻率提高至500赫茲，檢測系統提供2毫秒的安全預警時間間隔和1電子伏特的電子溫度測量精度，為下一代磁約束聚變裝置安全運行提供高速預警手段。