歐洲大型激光項目HiPER的現狀分析

程 功，李志民，黃桂學

(1.中國工程物理研究院科技信息中心，綿陽621900;2.中國工程物理研究院 激光聚變研究中心，綿陽621900;3.國家高技術研究發展計劃804辦公室，北京100088)

引 言

高功率激光能源研究(high power laser energy research，HiPER)項目由英國科研委員中心實驗室理事會(Council for the Central Laboratory of the Research Councils，CCLRC)組織發起，是歐盟致力于以高能量激光驅動慣性約束聚變(inertial confinement fusion，ICF)為基礎的，發展清潔聚變能源技術為目標的大型研究項目［1］。HiPER項目將以HiPER大型激光裝置的系統設計、工程建設和科學實驗為研究重點，通過整合歐洲現有的資源和技術，集中力量在科學基礎和技術創新上取得研究突破，從而滿足整個激光裝置設計、建造和運行中面臨的所有技術需求，逐步實現從激光聚變原理的科學驗證到建立演示聚變電廠的轉變;同時，在整個項目的實施過程中，不斷地帶動相關研究領域和技術產業的進步，使歐洲在慣性聚變能(inertial fusion energy，IFE)領域占據領先地位，并在極端環境下的基礎物理研究中具備其它國家沒有的科研能力［2］。HiPER是除美國國家點火裝置(national ignition facility，NIF)、法國兆焦耳激光器(lasermégajoule，LMJ)之外又一個致力于激光聚變能源研究的點火級大型科學裝置，它的設計和建造將借鑒NIF，LMJ的經驗和教訓，并采用更先進的技術路線和更廣泛的國際合作。毫無疑問，HiPER項目是一個非常好的聚變科學研究與工程開發實例，跟蹤和剖析它的項目規劃、項目管理、科研模式、技術路線等方面內容，對于我國的大型激光聚變裝置及聚變技術發展的戰略規劃、管理決策、技術方案選優等方面均有較強的參考與借鑒作用，因此，有必要對其進行充分地跟蹤整理與分析消化，并為我所用。

1 HiPER項目簡介

HiPER項目的核心任務是建造一臺高重復率、聚變反應堆類型的大型激光裝置(如圖1所示)，并使其最終成為一個靈活、反應迅速、能夠適應多種科學研究的設施，最大限度滿足聚變能研究與技術開發，以及諸如極端條件物理、實驗室天體物理、核物理、強場物理等基礎科學研究的需求［2］。HiPER激光裝置主要由高功率激光驅動器、聚變靶室、靶丸注入與跟蹤系統、集成計算機控制系統、電廠等幾部分構成。

圖1 HiPER裝置假想圖

在HiPER的概念設計中，激光驅動器擬采用二極管抽運固體激光技術，單個子束輸出功率達到千焦級，工作頻率約為10Hz。聚變反應室是激光燒蝕燃料靶丸引發聚變反應的區域，它能在高能量輻射環境下持續可靠地運行，并通過增殖包層進行熱能收集和氚提取。HiPER擁有2個以上的靶室，用于聚變能源開發和基礎物理研究等不同學科領域的研究。靶丸注入與跟蹤系統負責向反應室的中心高速發射靶丸，并精確跟蹤靶丸飛行軌跡和預測靶丸位置，以確保激光束在恰當時刻準確地匯聚在燃料靶丸上。集成計算機控制系統能執行控制員的指令，監視和記錄系統各部分的運行狀態，控制整個系統安全有序地運行。電廠將聚變產生的熱能轉換為電能向電網輸出。HiPER的設計將重點關注全球范圍內兩處同等規模的大型激光系統——美國NIF和法國LMJ裝置的現狀與技術進展，參考借鑒上述系統的資料和設計經驗［1-2］。

在實現聚變點火的技術方案上，HiPER項目采用沖擊波點火作為首選方案，這有別于中心熱斑點火和快點火方案。沖擊波點火是 BETTI等人在2007年提出來的一種新型慣約聚變點火方案［3-4］。該方案將壓縮與點火分開，主要分為2個物理過程(如圖2所示):首先，聚變燃料在內爆速率較低(200km/s～300km/s，而中心點火為 350km/s～400km/s［4］，需要更高的驅動能量)的條件下，由長脈沖壓縮靶丸;然后，在壓縮的最后階段，將一個強脈沖耦合到壓縮脈沖的后沿，形成強的沖擊波，與靶中心區返回的沖擊波在內殼層附件對碰，碰撞將極大提高內殼層附近的燃料密度，碰撞產生的強沖擊波繼續向中心傳播，提高中心區的溫度和壓強，進而達到點火條件，實現燃料的聚變點火與燃燒。相比中心熱斑點火，沖擊點火不僅具有快點火的低點火能量閾值、更高的增益和較好的流體力學穩定性等優點［3］，還具有中心點火結構簡單的特點［4-8］。由于激光能量與發電費用有較為直接的聯系，上述特點也可以大大降低IFE發電廠的費用投入，有利于發電廠的商業運營和成本回收［2］。然而沖擊點火概念比較新穎，物理過程復雜，還需要物理學家進行深入的理論分析和實驗研究。圖2是典型的沖擊點火激光脈沖波形圖［3］。

圖2 沖擊點火典型激光脈沖波形

HiPER項目作為歐盟大型戰略研究工程，其技術復雜性和工程難度是空前的，為實現從歐盟現有的學術激光系統(如Vulcan、LULI-2000、PETAL等)到HiPER激光裝置的技術跨躍，必須要在科學基礎、研究手段和技術成熟度上取得極大進步。為此，HiPER項目不可避免地要依靠歐盟各國或地區的實驗室、學術團體、工業界和政府機構的力量，取得他們廣泛的支持與參與，借鑒他們在相關領域的先進技術與管理經驗，吸納他們的資金，從而降低項目的技術風險和建設成本，確保項目順利高效地實施。目前，該項目已有7個歐洲國家或國家級資助機構、2個地區政府以及超過20個科研機構正式簽署協議，并與工業部門直接展開合作。實際上，該項目的參與方已經超出了歐盟范圍，項目還得到中國、日本、韓國、加拿大、俄羅斯和美國的協作［1-2］。

2 HiPER項目進展與未來規劃

HiPER項目由英國CCLRC發起并推動實施，項目總部設在CCLRC所屬的盧瑟福·阿普爾頓實驗室內。從2005年開始，來自英、法、德、意等12個國家的50余名資深科學家對其進行了概念設計。2006-10-19，歐洲研究基礎設施戰略論壇發布未來歐洲科學機遇路線圖，將HiPER項目列為未來20年發展的主要科學基礎設施之一，肯定了HiPER項目潛在的巨大學術與商業價值。2007年，經過2年的努力之后，概念設計趨于成熟，CCLRC向歐洲委員會提交了正式提案，以便對項目進行建設準備［1］。

經過詳細審查，歐洲委員會于2008-09-19啟動了HiPER項目籌備期工作(項目階段1)，其主要任務目標是［9］:(1)定義恰當的法律、管理和財務框架;(2)進行激光裝置的詳細設計;(3)發展項目技術基礎和提高項目科學成熟度。

此外，項目籌備期還將進行成本效益分析，確立透明的長期資金籌備體制和來源，構建清晰的資金統計和償付框架，規劃可實現的采購戰略，明確項目選址，并確保各參與方之間的協同運作。鑒于項目規模比較大，項目籌備階段還需要完成項目論證，以驗證項目投資與實施的可行性。為順利地實現籌備期任務目標，歐洲委員會按任務分解結構(work breakdown structure，WBS)框架將籌備期工作分解細化為15個工作包，以便于項目的組織、實施和管理，資源的優化配置和落實，并增加項目風險的可控性，確保籌備期結束后能夠迅速向下一階段過渡。15個工作包涵蓋了HiPER項目的管理、財務、法律、戰略和技術層面(如表1所示)［1］。按照項目的時間進度表(如圖3所示)，HiPER項目現在處于籌備后期。

表1 HiPER項目籌備期工作包一覽表

圖3 HiPER項目最新時間進度表

如果籌備期工作進展順利，從2013年中期開始，HiPER項目進入HiPER技術開發期(階段2)，該階段的主要工作任務是物理方案驗證和相關技術開發［1］。物理方案驗證包括沖擊波點火物理研究和實驗演示。

2010年10月，HiPER執行委員會決定，HiPER項目將沖擊波點火作為首選技術方案。在開始建造HiPER裝置之前，為提高點火方案的技術成熟度，降低其技術風險，必須在現有的大型激光裝置(如法國的LMJ裝置)上，進行沖擊波點火方案的全尺度實驗驗證。

在2016年LMJ裝置建成前，將依托一些中等規模的激光裝置，如PALS(捷克)、PETAL(法國)、Vulcan(英國)和Omega(美國)，進行所有的實驗和數值建模。2016年后，一旦理論建模和實驗驗證足夠成熟，兆焦耳激光裝置上將啟動點火攻關。隨后，進行增益優化實驗，提高激光聚變能的商業可行性。

技術開發包括以下3個主要技術領域的研究活動:(1)激光器:發展二極管抽運固體激光技術，促進激光聚變能的商業開發，其中包括下一代激光器構架原型，這種激光器具備較高的工作頻率、峰值功率和能源效率，可滿足激光聚變能的商業開發;(2)燃料靶丸:開發燃料靶丸的低成本的大批量制造技術，燃料靶丸能在反應室高溫環境下點火并實現高增益聚變，而且容易大規模制造和貯存;(3)聚變靶室:進行可耐受高頻率聚變反應環境的靶室的概念開發，其中包括靶室各類材料的研發和測試、氚燃料管理、增殖方案和能量收集系統。

2020年，項目進入HiPER的設計與建造期(最后階段)，該階段將依次進行電廠概念設計，投資評估，HiPER裝置的工程建造，以及演示HiPER裝置作為激光聚變能電廠的系統集成性和運行能力。2028年將是進行項目情況評估以決定是否進行建設投資的關鍵節點。

3 HiPER項目管理系統現狀

HiPER項目組總部設在英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室，其管理配置上采用傳統結構，同時遵循了最佳的行業慣例，并依據項目需要進行了適度調整。HiPER項目的管理結構細節如圖4所示［1］。系統各部門之間已經建立了良好的溝通機制，并形成了一個穩固的工作基礎。項目組內部定期舉行不同級別的管理會議，它們是項目工作的重要組成部分。

圖4 HiPER項目管理系統

HiPER項目組由項目執行委員會牽頭管理，執行委員會由12名技術專家和管理專家組成，他們來自不同國家或地區的合作方(政府、大學、實驗室等)。執行委員會負責整個項目的戰略管理。為了滿足日常管理需求，執行委員會建立了一個項目管理部負責日常事務管理，并委派正副兩名協調官協助項目經理的管理工作。項目經理負責實施和控制整個項目運作，對項目實行質量、安全、進度、成本管理，并全面提高項目管理水平;協調官的主要任務是創造HiPER項目良好的運作環境，充當項目管理團隊的組織者和項目的倡導者，并敦促歐洲政府高級決策者(部長、投資方等)的積極響應和參與。此外，協調官還是所有推進項目向前發展的政策與技術的維護者，加強HiPER項目與歐洲委員會、與科研項目投資方交流溝通的聯絡人，從而確保項目合作方以一種統一、內聚的方式參與到項目任務的組織與實施中去。項目管理經理下轄項目管理部，項目管理部由項目支持、法律與行政管理、聯絡、財務和項目開發等部門構成(見圖4)。

4 HiPER裝置設計進展

HiPER項目現處于籌備期，已公布了其概念設計報告(2007年)。報告基于現有的激光聚變技術基礎，并借鑒了同規模激光裝置NIF和LMJ設計與建造中的科研經驗與研究成果，提出了HiPER裝置自己的設計原則和性能指標。但報告仍處于理論設計層面，還需要對關鍵技術展開深入的理論分析、詳細的技術開發和大量的實驗論證，預計最終的設計方案將在項目階段2以后出爐。表2中列出了HiPER裝置的主要指標，同時給出了與其同規模的兩大裝置的對應指標，供參考比較［2，10］。下面將簡要介紹一下HiPER裝置的最新設計進展。

表2 NIF，LMJ和HiPER裝置的主要特征

4.1 激光驅動器

HiPER項目最具挑戰的技術難點之一就是激光驅動器。激光驅動器設計必須滿足未來HiPER裝置運行的所有要求。比如，為實現裝置的經濟性運行并具備商業競爭力，聚變靶的能量增益G滿足G＞10/η，其中 η是激光驅動器能量效率。如果η=0.1，那么 G ＞100［10］。為達到如此高的能量增益，HiPER項目擬采用激光驅動快點火方案或沖擊點火方案，盡可能在較少的激光總能量下，實現聚變點火和高能量增益。這兩種方案均通過壓縮和點火兩個步驟來實現靶丸聚變燃燒。雖然兩種點火方案采用相同壓縮脈沖，但點火脈沖有顯著不同。表3中列出了兩種點火方式對HiPER驅動器提出的輸出要求［11-12］。

表3 兩種點火方式對HiPER激光驅動器的要求

在HiPER的概念設計中，每束激光光束由若干的激光束線(也稱為子束)構成，具體數量與放大器的設計相關。束線尺寸則由能承受高平均功率的光學元件(如二極管抽運放大器、頻率轉換晶體等)的尺寸決定。一定數量的束線在進入靶室之前耦合形成單個光束。所有光束通過終端光學組件(final optics assembly，FOA)最終匯聚到5m靶室中心的毫米級燃料靶丸上，驅動靶丸內爆點火和聚變燃燒。這種束組設計有利于焦斑調節、光學變焦和脈沖整形。但概念設計中沒有對子束加以詳細討論。

2011年，歐洲物理學家GARREC(法國原子能委員會)、NOVARO(英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室)、TYLDESLEY(西班牙核聚變研究所)、RUS(捷克物理研究所)等人在對HiPER激光系統進行了深入的研究與計算之后，給出了HiPER的子束能量、子束總數量以及構成單束光的子束數量等關鍵參量，如表4所示［11］。表4中的結果基于以下的工程假設:(1)子束口徑為12cm×12cm或14cm×14cm方型;(2)一倍頻時最大激光損傷通量不超過10J/cm2;(3)近場調制深度接近2;(4)三次諧波產生效率為50%;(5)啁啾脈沖放大(chirped pulse amplifacation，CPA)技術用于15ps的快點火或400ps的沖擊點火。

HiPER激光驅動器還必須具備高重復工作頻率(約10Hz)和高的電光轉換效率(約15% ～20%)。NIF或LMJ“單發”技術不能滿足這種高頻率的要求［13］。現有的基于閃光燈的高重復率激光技術也達不到HiPER所需的效率水平。HiPER項目將采用二極管抽運固體激光器(diode pump solidstate laser，DPSSL)技術，但目前這種技術仍不成熟，而且按現今的價格而言，應用到HiPER裝置上將導致成本非常之高。此外，用于高平均功率的大口徑光學器件的有效性、運行與性能及其相關技術尚不明晰，能滿足HiPER技術需求的工業技術成熟度也不具備。這些都需要在技術開發階段確定下來。

表4 用于內爆壓縮和點火的子束數量

4.2 主放大器

HiPER的主放大器是實現驅動器高重復頻率、高平均功率激光輸出的關鍵部件。實現高重復率、高平均功率意味著主放大器的激光介質要承受很高的熱載荷和具備長工作壽命。對于工作頻率10Hz的千焦耳級的放大器來說，其平均功率達到10kW。若取典型的15% ±5%抽運效率，放大至1kJ需要5kJ～10kJ的抽運能量。假設激光二極管板條峰值功率500W(1ms脈寬)，則每個千焦級放大器需要10000到20000個激光二極管板條。若抽運時間為1ms，10Hz重復率意味著激光二極管板條工作占空比為1%。這表明主放大器的增益介質工作壽命和熱管理技術將成為關鍵研究內容。目前，有多種HiPER主放大器結構設計處在研究階段，但最終方案尚無定論［10，14-16］。

HiPER裝置有可能采用類似于NIF或LMJ的多通雙放大器結構。其工作原理如圖5所示，低能光脈沖從右側進入后，將在兩個放大器間來回折返通過，其能量將逐漸被放大，最后成為高能光脈沖向外輸出。為了改善激光介質熱管理，保持增益介質有較高的抽運效率，增益介質(Yb∶YAG或Yb∶Ca)加工成薄板形態并堆疊在一起，冷卻氣體(低溫氦氣)從薄板間縫隙流過，從而帶走大量的熱。

圖5 多通雙抽運放大器結構設計

另一種設計方案被稱為有源反射鏡。法國的應用光學實驗室正在開展這方面的研究。其原理如圖6所示，低能光脈沖從右側呈斜角進入增益介質，再以相同斜角從增益介質背面反射出來，因而被兩次放大。抽運光從增益介質法線射入增益介質［15］。

圖6 低能脈沖兩次(入射和反射)通過增益介質

圖7 是由6個放大模塊組成的Z字形放大器組。激光光束從進入鏈路到被可變形鏡(見圖左側)反射回來，光束通過鏈路2次，被每個放大器模塊放大4次。

此外，法國應用光學實驗室的專家MOUROU還提出了基于大量光纖激光疊加從而產生高能光束的設計方案［17］(見圖8)。法國原子能委員會目前正在開展這方面的研究。該設計的最大優點在于激光的安全性和系統運行維護。放大系統將基于二極管抽運光纖激光器，但由于每根光纖輸出能量有限，若滿足HiPER裝置的輸出要求，整個放大系統需要海量的光纖(數以百萬計)。目前，單光纖的激光能量、光纖總數量和熱管理規模等問題是研究的重點內容。

圖7 放大器鏈路布局

圖8 光纖驅動聚變裝置假想圖

4.3 聚變靶室(或反應堆)

NIF裝置和LMJ裝置各擁有一個直徑10m的鋁制靶室。靶室上下2個半球球面不同方位角開有大量激光入射口，以確保激光光束能均勻輻照靶丸表面，而球型靶室中部的環形區域開有診斷口，預留給各類實驗診斷設備。相較而言，HiPER靶室的設計將與前兩者有所不同，這主要是因為［11］:(1)HiPER裝置是一個高重復率工作的系統(約10Hz)，而NIF 和 LMJ每天僅幾發次的打靶［10，13］，不同的輻射水平對靶室的設計有很大影響，無論HiPER裝置未來是用來演示系統高重復頻率運行的能力，還是作為電站持續穩定地運行，都需要詳細研究與論證;(2)HiPER靶室設計需要考慮打靶碎片的處理和靶室真空性的保持，避免入射的激光光束受到散射和衰減;(3)點火方式不同，則光束數量和入射角度也不同，這對靶室結構設計有很大影響;(4)燃料靶丸注入機制和靶丸的跟蹤/鎖定流程對靶室設計有影響;(5)診斷裝置的類型、大小和位置也對靶室結構設計有影響。

HiPER靶室設計的關鍵問題是靶室腔壁(第一壁)的輻射防護。由于第一壁直接面對核反應產物的轟擊，承受爆炸產生的脈沖式輻射和脈沖式應力(周期約0.1s)的作用，必須加以防護保證其使用壽命。目前，聚變反應堆第一壁的設計方案有干壁、濕壁兩種，如美國的激光聚變能(laser inertial fusion energy，LIFE)概念設計采用干壁，而日本的快點火激光聚變反應堆KOYO-F則采用濕壁。出于對靶室內靶丸生存(輻射環境影響)和激光入射(散射或衰減影響)的考慮，便于實現兩個激光脈沖間的工況復原，允許有較高的脈沖重復率，HiPER裝置考慮采用干壁方案。這就需要為第一壁開發新型材料。該材料應能夠承受強輻射和高熱載荷，導熱快，不易產生空位聚集，利于氦氣的釋放。

表5中給出了HiPER靶室的主要設計指標。由于運行方式的不同，HiPER靶室存在兩種設計(A型/B型)，它們在技術細節上有許多不同之處，其中包括第一壁材料、光學元件(位置)、運行維護以及事故處置方面［18］。

表5 HiPER靶室的設計指標

圖9是HiPER A型靶室的總體結構設計，由于它僅進行高重復頻率打靶的技術驗證，因而并不包有包層結構。在靶區中間的是球型靶室，它的外面有3個輻射屏蔽層，即靶室屏蔽層、終端光學組件屏蔽層和生物屏蔽層。這3個屏蔽層將整個靶區空間由里向外分為3個區:區域一(靶室屏蔽層與終端光學組件屏蔽層之間)、區域二(終端光學組件屏蔽層與生物屏蔽層之間)和區域三(生物屏蔽層以外)。區域一內建有維修軌道，區域二設有終端光學組件。在系統運行時，這兩個區域是禁區。區域三是永久非隔離區，與外界相通。

圖10中給出了A型靶室的設計細節。靶室內壁是10cm的SS304合金鋼，外面包裹40cm厚的硼酸水泥屏蔽層。束管是激光光束進入靶室的通道，它由壁厚1cm的SS304合金鋼管構成，內部安裝有各種光學部件，如可更換透鏡、FOA等。終端光學組件的作用是:頻率轉換、波長分離和聚焦光束到靶室中心。為了盡可能減少聚變輻射和爆炸碎片對終端光學組件的損傷，采用可更換透鏡、管內屏蔽層、FOA屏蔽層等設計措施，同時將FOA置于盡可能遠離靶室中心的位置(d=19m)。表6中是A型靶室的主要設計參量。

圖9 HiPER裝置A型靶室結構圖

圖10 HiPER A型靶室結構圖

圖11 是B型靶室的總體結構，與A型靶室大體類似，含1個靶室和3個防護區。B型靶室含有包層結構，它不僅能利用14MeV中子去增殖氚，以維持氘-氚反應中氚的消耗，而且將聚變反應產生的熱量以及氚增殖產生的熱量，通過冷卻劑熱循環帶出靶室，加熱水變為蒸汽推動渦輪機發電。目前，提出了LiPb單冷卻劑系統或者LiPb/He雙冷卻劑系統。包層的設計正處在實驗研究中。關于第一壁結構材料，正在探索以下幾種，相關實驗在羅森多夫離子物理研究所和魯文大學進行:(1)納晶鎢和納米金剛石;(2)碳和鎢基泡沫;(3)基于碳纖維、碳納米管的錐型結構。

表6 HiPER A型靶室的主要設計參量

圖11 HiPER B型靶室結構圖

5 HiPER項目的國際合作

開展廣泛的國際技術合作對HiPER項目的成功至關重要。通過努力，HiPER項目吸引了眾多國家或地區的實驗室、學術團體、工業界和政府機構參與其中，其正式或非正式合作方已遍布歐洲、亞洲和北美洲［1-2］，其中包括歐盟委員會、英、法、德、俄、西等12個國家和組織。

約有半數正式合作方參與資金和行政管理，幾乎所有的正式合作方都提供資金以推動HiPER項目發展。HiPER項目管理將有效權衡合作方之間的行政管理與學術研究活動，在確保重要決策順利實施的同時，成功解決各類技術難題。在項目籌備期間已形成了各方實力均衡的項目管理體系。下面介紹HiPER項目幾個主要歐洲合作伙伴的大致情況［2］。

5.1 歐盟委員會

歐盟委員會曾為HiPER準備期項目的締約方。然而，由于準備期項目進展期間不斷擴展的合作伙伴關系，HiPER項目與歐盟委員會之間已不再是傳統的客戶-供應商關系，而是形成地位平等、積極參與的合作體制。歐盟委員會為HiPER項目任務在行政和戰略方面提出眾多建設性意見，并為此項目與其它歐洲機構開展合作打下良好的基礎。

5.2 英國

英國科學技術設施委員會(Science and Technology Facilities Council，STFC)為HiPER項目做出了重大貢獻。作為項目投資方，科技設施委員會主要負責英國重要科技設施的全面戰略投資管理。科學技術設施委員會擁有多處大型基礎設施，包括世界一流的激光裝置——中心激光裝置。STFC已正式批準HiPER項目使用中心激光裝置進行相關科學研究。

5.3 法國

法國在HiPER項目中的地位至關重要。法國兩大供資機構，即原子能委員會和國家科研中心均為項目正式合作伙伴，并全面參與高層次交往協作。它們不僅積極參與HiPER項目的技術和行政管理，還將為項目開發提供人力、信息、技術、資金等關鍵支持。過去十幾年間，法國原子能委員會研制激光集成線并耗資數十億歐元開發LMJ激光裝置。這兩大裝置維持了法國在HiPER項目中的專業領先地位。HiPER項目將廣泛借鑒這兩大裝置的技術和經驗。另外，原子能委員會正在建造PETAL激光裝置，它將作為HiPER項目的一臺中等規模的技術驗證裝置，成為HiPER項目的戰略發展道路上不可或缺的一環。法國應用光學實驗室有全球最先進的激光-等離子體物理實驗室設備，獲得該實驗室設備和專業技術的支持對于降低HiPER項目技術風險同樣也至關重要。

5.4 俄羅斯

俄羅斯科學院下屬的應用物理研究所(Institute of Applied Physics，IAP)和列別捷夫物理研究所(Lebedev Physical Institute，LPI)量子放射物理學部是HiPER項目的正式合作伙伴。HiPER項目可通過兩大研究所獲取俄羅斯科學院的豐富科研資源，尤其是先進的大口徑激光技術(IAP負責)以及靶丸設計和制造技術(LPI負責)。

此外，HiPER項目還與美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室、美國通用原子公司、中國科技大學、中國上海交通大學、中國上海光學精密機械研究所、韓國原子能研究所、日本大阪大學激光工程研究所、加拿大艾伯塔大學外國科研機構保持著良好的交流和聯系。

6 結論

HiPER項目是一個泛歐合作的大型激光基礎研究項目，其設計意圖是發展激光驅動的慣性聚變能源，使歐洲在慣性聚變能的研究領域占據領先地位，同時借助HiPER激光裝置所提供的極端物態條件，使其在極端狀態科學研究具備其它國家沒有的能力。HiPER項目研發周期長、技術復雜度高、實施難度大，是名符其實的大科學、大工程，具有很強的前沿性、探索性和風險性。通過上述對HiPER項目多角度的描述，可以得出以下一些結論:

(1)HiPER項目規劃與管理十分有效，整個項目系統地、分階段地組織實施。

(2)技術路線比較明確，采用了二極管激光抽運、長壽命增益介質、主動熱管理技術。

(3)設計預案多樣化，往往有多種方案同時展開預研。

(4)對關鍵技術積極進行探索和驗證，如放大器結構、增益介質的選擇。

(5)技術風險管理意識強，分攤項目技術開發成本，充分借鑒成熟技術和經驗教訓，并進行關鍵技術驗證，努力控制技術風險。

(6)成功地運用國際協作模式，形成了大范圍、深層次的國際合作網絡。

毫無疑問，HiPER項目的這些特點，對促進整個項目的順利實施起到了關鍵作用。本文中對HiPER的研制背景、項目規劃、項目管理、技術進展、對外合作等多個方面進行了系統梳理，力圖全面地反映出整個HiPER項目的總體情況，對從事大型激光裝置及聚變能的工程研發人員與項目管理人員有一定的參考借鑒作用。

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