中国公开聚龙一号：新时期核武器研制标志性装置

聚龙一号装置实景图

脉冲功率技术是以电能为基础，通过对能量在时间和空间上进行压缩，并在特定负载上快速释放，获得极高的功率输出的一门实验科学，是在实验室条件下产生极端高温、高压、高密度、强辐射条件的有效手段。我国脉冲功率技术研究的先驱、老一辈科学家王淦昌院士曾经指出：“高功率脉冲技术是当代高科技的主要基础学科之一。”采用超高功率脉冲装置驱动柱形金属丝阵负载，使其气化并向轴心箍缩（即Z箍缩），能产生极强的X射线辐射，可以用来研究核武器中的辐射输运和聚变点火等问题，同时在惯性约束聚变、辐射效应、天体物理等前沿科学研究领域也具有非常重要的价值。

近几十年来，由于军事应用需求的强烈牵引，高功率脉冲技术成为主要的有核国家研究的焦点，美国投入了大量人力物力，先后建立了一系列超大脉冲功率装置，典型的Z箍缩研究装置有土星装置和ZR装置，俄罗斯也先后建成S－300和Angara-5-1装置。与之相比，我国起步较晚，基础薄弱。

为适应新时期核武器研究的需要，必须拥有具备足够驱动能力的综合实验平台，以此为基础加强精密物理实验设计、高精度多物理量诊断测试、数值模拟及理论分析等方面的能力。经过精心论证，上世纪末，中物院启动了大型多路超高功率脉冲装置的相关研究工作，并对已有平台进行技术改造，开始了原理探索及关键技术研究。在此基础上，本世纪初，中物院向国家提出了适合我国国情的研究发展计划建议，其中最关键的第一步，就是研制Z箍缩初级试验平台——聚龙一号并开展相应的物理实验研究。

2004年，国家批复中物院正式启动相关工作，装置的技术指标确定为输出电流八百万至一千万安培，电流脉冲上升时间小于千万分之一秒，功率超过20万亿瓦。这样的装置系统极为复杂，技术难度和风险非常高，国内的技术基础十分薄弱，材料、设计、加工等各方面都面临极大的挑战。

国防科学技术研究的历史使命，使得中物院人毅然接受挑战，迎难而上、昂首前行。自2001年起，任务承担单位流体物理研究所开展了周密的立项论证工作，丁伯南、彭先觉等院领导对此给予了高度关注，多次亲临一线，了解项目的进展和亟待解决的问题。院内外老专家组成了顶尖专家团队，就装置技术路线和关键部件研制进行激烈讨论，提出了很多有益的思路和建议。流体物理研究所集中科研精英成立论证报告编写组和预研攻关小组，从国外有限公开的资料中收集、提炼相关信息，结合中物院的具体要求，对技术路线和关键技术进行充分的调研和分析论证，多次召开大范围深层次专题研讨会，技术资料、设想方案、加工图纸堆满了研究人员的文件柜。预研小组成员随后开展了场畸变开关、激光触发多级开关、马克斯发生器模块研制等大量预研工作，开展了上百次的论证研究，探索突破关键技术的途径。通过细致地进行物理分析、精确地验证计算参数、周密地考虑模型设计，取得了激光同步触发系统、场畸变气体开关、磁绝缘传输线，以及测试诊断系统研制的重大突破，为装置立项打下坚实的基础。

在聚龙一号装置的总体设计方案中，同步触发方案是其“灵魂”之所在。这是由于电流巨大，聚龙一号装置需由24路超高功率脉冲功率装置并联而成，每一路能量的释放由一个激光触发开关控制。为保证开关动作的一致性，激光实际出光时间与设定值的误差不能超过两亿分之一秒。如果将从电容器充电开始到最后能量释放完成的时间（约100秒）放大展宽至一千年，那么上述时间误差仅相当于1.5秒，其技术难度可想而知。为了实现这一技术指标，必须设计出完善的激光触发开关同步触发方案。

当时，美国Z装置是采用一台能量很大的激光器，分为36路激光去触发36个开关。如果直接借鉴美国的经验，技术风险会降低很多，但是该方案对激光器能量要求高、光路极其复杂、稳定性不高。