1 引言.

20世紀60年代激光器問世不久，前蘇聯科學家巴索夫\\(N.GBasov>1922-2001年\\)和我國科學家王淦昌分別獨立提出了利用激光實現實驗室核聚變出中子的設想，從而開創了激光慣性約束聚變\\(\\(ICF\\)研究領域。20世紀70年代以后，ICF在世界范圍得到廣泛重視，美、法、俄、英、日、德、印等國先后實施了具有國家目標的ICF研究計劃。特別是美、法、俄、英等核大國對ICF研究投入了大量的研究經費，所確定的近中期目標是實驗室模擬核武器物理研究，遠期目標是聚變能源研究。美國于1997年4月啟動了國家點火裝置\\(以下簡稱NIF\\)的建造，并于2009年完成了NIF全裝置聯機調試，實現了192束輸出:法國在Phe-bus上進行了多年研究以后，與美國進行廣泛合作，開展了兆焦耳激光裝置\\(簡稱LMJ\\)的建造，原計劃2012年建成，現尚未建成:俄羅斯也提出了建造高功率固體激光裝置ISKRA-6計劃。

我國ICF研究工作從上世紀60年代起步，主要在四川綿陽的中國工程物理研究院\\(以下簡稱中物院，其前身又稱九院\\)和上海嘉定的中國科學院上海光學精密機械研究所\\(以下簡稱上海光機所\\)開展。四十余年來，我國相繼在上海和四川建設了星光\\(星光-I、星光一11\\)和神光系列\\(神光-I、神光一11、神光一11\\(原型\\)激光裝置，并開展了大量物理實驗，取得了一系列國際水平的研究成果，推動了中國激光科學技術和等離子體物理研究的快速發展。

陳崇斌等對上海光機所激光慣性約束核聚變的探索歷程進行了回顧，但文章主要集中在激光驅動器的研究歷史方面，對中國激光聚變實驗和診斷歷史未作深入研究:范滇元等在文獻，回顧了國外激光聚變近50年來的發展歷程，評述了聚變物理與高功率激光驅動器的研究進展:江少恩等在文獻中介紹了國內自2000年以來的ICF實驗研究以及診斷技術研究的進展，但也未對ICF早期實驗和診斷研究作回顧評述。本文介紹了1964年王淦昌提出激光聚變基本概念以來，國內在ICF實驗與診斷方面的早期\\(1964-1984年\\)研究歷史，回顧了ICF實驗與診斷工作從概念提出、文獻調研、設備研制到綜合實驗的相關歷史，以期彌補中國ICF實驗與診斷方面早期研究的歷史空白。

2 ICF原理的提出ICF是利用激光或激光\\(\\(Z箍縮裝置等\\)產生的X射線作驅動源，均勻地作用于裝填氖氛燃料的微型球狀靶丸外殼表面，形成高溫高密度等離子體，利用等離子體向外噴射產生的反沖壓力，使靶殼向心快速運動，壓縮氖氖主燃料層到極高密度，在氖氖芯部區域形成高溫高密度熱斑，達到點火條件，在高溫高密度核燃料飛散之前，進行充分的燃燒，放出大量聚變能。

1964年，諾貝爾物理學獎授子三位對發現激光做出貢獻的科學家。當時王淦昌正在從事原子彈的研制，他注意到激光強度大、方向性強這些特點，便設想如果把激光和核物理兩者結合起來，應該發生新的有趣的現象。經過深入思考，1964年10月4日，王淦昌撰寫了《利用大能量大功率光激射器產生中子的建議》一文。文中寫到:

“我們認為，若能使這種光激射器與原子核物理結合起來，發展前途必相當大。其中比較簡單易行的就是使光激射與含氖的物質發生作用，使之產生中子……至于利用這種核作用的方法，是否有進行一種新型的可控制熱核反應的可能性，暫不在此討論”。

1964年12月，王淦昌遇到上海光機所從事高功率激光研究的鄧錫銘，就把自己的設想告訴了鄧錫銘，并把這篇論文交給了他，以指導他們開展這項研究工作。鄧錫銘非常高興，認為“這是實現激光應用的一條重要路子”。王淦昌指出的研究方向，給上海光機所從事高功率激光器研制的科技人員很大的鼓舞，并很快得到中國科學院副院長、黨組書記張勁夫的贊成和支持。這樣，在王淦昌的倡導下，中國激光慣性約束聚變領域的初期預研工作就起步了。

當時，由于保密原因，研究人員并不了解國外科學家在該領域做的一些工作，若干年后他們才知道，1964年，前蘇聯科學家巴索夫和美國利1學家道森\\(J.M.Dawson 1930-2001年\\)公開發表了激光加熱等離子體的論文，提出了類似的設想。應該說，王淦昌是獨立于美蘇科學家提出用激光打靶實現核聚變的科學設想的，并親自在我國組織力量開展這個領域的研究。他是世界激光慣性約束聚變研究的奠基人之一。

1965年，上海光機所的研究人員建立了第一臺欽玻璃四級行波放大裝置，功率輸出達到lOR W，激光束在空氣中傳播時，形成了空氣電離的電火花串。研究人員利用這臺激光器進行了最早的ICF實驗探索，第一次觀察到從靶面發出的X射線穿過鋁箔，使照相底片感光。這在國際上屬最早的實驗成果之一。

九院在核試驗測試中，對核武器物理和武器動作過程獲得了較全面的認識。1967年3月，九院實驗部31室在一次討論中，提出利用激光技術獲得高功率密度能量在實驗室進行核爆模擬的想法\\(由于保密和地理位置等原因，31室并不知道王淦昌已經提出了利用大能量大功率光激射器產生中子的設想\\)。經過多次討論，31室逐步形成了用類似核爆產生的激光等離子體產生高壓和高溫輻射，并在實驗室進行“核爆模擬”的設想。1967年11月，31室組建了“激光核爆模擬研究”課題組，開始進行探索。1968年1月，受31室主任唐孝威3的委托，王乃彥“，在春節回北京探親期間，將激光核爆模擬的初步設想寫成簡單的書面意見轉給了九所于敏5\\)很快這一工作得到了于敏的積極支持。同時，31室派人到上海光機所了解大功率激光器的研制情況。遺憾的是“文化大革命”和當時九院的搬遷工作延緩了九院慣性約束聚變研究工作的進度，后繼工作沒有多大進展。

3 ICF實驗與診斷的前期探索1972年，美國里弗莫爾實驗室\\(LLNL\\)利學家納利爾斯\\(Nuckolls\\)第一次公開發表慣性約束內爆的論文。此后激光慣性約束聚變在世界上引起了廣泛關注。各大國都投入了相當規模的財力和人力進行激光慣性約束聚變的研究。在此情況下，31室的科技人員進行了激光慣約束聚變及其潛在軍事用途的調研，并得到了九院領導王淦昌、鄧稼先生,陳能寬7等人的支持。1972年11月，九院副院長王淦昌致信國防科委副主任朱光業R，強調激光聚變用于核聚變工作的重要性。

1973年2月，九院二所派人去九所學習，調研輻射輸運及開展激光核聚變的可能性。同年6月，九院二所組織編寫了“激光聚變用于核爆模擬的初步調研和設想”上報九院。同年8月，全國激光重點規劃會把激光聚變列為國家重點規劃。

與此同時，1973年，在王淦昌的指導下，上海光機所鄧錫銘帶領研究團隊研制成功我國第一臺輸出功率為40 J/4ns的單路萬兆瓦欽玻璃激光驅動器，并首次利用該裝置照射冰氖靶產生了中子，實現了ICF研究的突破性進展。1974年，采用多程放大構形的大日徑片狀放大器，上海光機所研制出新型的大型單路激光系統，使激光輸出功率又提高了一個量級，激光打靶實驗的中子產額也提高了一個數量級，達到20100個。

1974年8月，在當時承擔熱試驗物理測試任務的九院二所203室，成立了激光核聚變課題組，華欣生9，任組長。由于熱試驗任務繁重，這個課題組長時間僅停留在文獻調研、相關知識的學習和一些論證準備工作的會議上。直到1977年，課題任務調整到204室，才迅速發展起來。

1976年4月，九院一、二、九所在北京交流對激光核聚變工作的認識，討論了激光核聚變工作的必要性和近3年開展理論和實驗工作的規劃設想，對核聚變研究的必要}h}、方向與目標提出了較明確的看法，最后形成了“激光聚變學術交流座談會紀要”。1977年5月，方正知、盧登貴、華欣生等去上海光機所進行激光核聚變交流并討論有關協作事宜。

經過多年醞釀與反復討論，在國防科工委的關懷與九院院所兩級領導的直接推動下，核聚變研究開始實施。1977年7月，九院副院長鄧稼先、高潮，研究決定204室2組由原來的微觀參數測量工作，轉向激光聚變物理實驗與診斷研究工作。8月，九院召開激光核聚變討論會和工作會議，李鳳祥院長主持，鄧稼先、陳能寬、高潮、胡仁宇”，等參加會議。會議決定九院開展激光核聚變工作，并就理論、診斷和制靶等工作的分工進行了初步安排。會后，一、二、九所分頭子以組織落實，九所承擔理論研究，二所承擔籌建驅動源、制靶、物理實驗和診斷。

就這樣，九院科技人員在王淦昌和于敏等人的推動下，開始組織科研人員從理論和實驗兩方面，探索利用激光慣性約束聚變產生高溫高壓條件開展極端條件下物理過程研究的可行性。經過一段時間的探索，王淦昌一方面更清楚地認識到這領域研究的重要性:同時也對國內的現狀感到不甚滿意。當時，國內從事高功率激光研究的主要是上海光機所的科研人員，上世紀70年代末，上海光機所建成了六路欽玻璃激光系統。而從事等離子物理理論研究和診斷、實驗工作的九院科技人員，遠在四川安縣的二所。激光工程人員和物理實驗人員過去幾乎沒有聯系，對彼此的工作互相不了解。研究人員過于分散，研究目標過于發散，研究經費少得可憐，進展緩慢，收效甚微。如長此以往，這一領域的研究將遭受重大損失，組建一支精干、專業的研究隊伍成為當務之急!

1977年12月，王淦昌以九院副院長的身份，帶領九院從事高能量密度物理研究的一、二、九所的科研人員方正知、胡仁宇、王世績、江文勉、于敏等到上海光機所參觀學習，并商談兩個單位合作開展激光慣性約束聚變研究的有關事宜。

在這次交流期間，九院的科技人員參觀了上海光機所的高功率激光實驗室、氛燈制備實驗室和欽玻璃熔煉加工車間，并聽取了有關高功率激光器的學術報告:于敏做了有關慣性約束聚變的學術報告。經過學習和討論，大家認識到，激光慣性約束聚變是一項復雜、龐大和要求精密、投資高的大科學工程，它包括驅動器\\(激光器系統\\)研制、理論研究、物理實驗、診斷技術和靶的制備等多方面工作，需要理論、實驗、技術、工程的共同支持。而上海光機所與九院兩個單位在這項研究中正好是各有所長、優勢互補的。在這次討論過程中，王淦昌一再強調兩個單位合作的重要性，提出“合則成，分則敗”。在近一個月的時間里，科技人員對今后如何開展我國激光慣性約束聚變工作進行了廣泛而熱烈的討論。

ICF研究的基礎是激光與等離子體的相互作用，以及這些物理過程的發生、發展和演變。要深刻認識激光與物質相互作用，以及激光所產生的等離子體的特性及其變化規律，必須通過實驗觀察和測量其發射的各種粒子和輻射，對這些粒子和輻射的種類、強度、能譜、時間及空間特性進行診斷。因此，建立診斷設備、研究診斷技術就成為開展激光慣性約束聚變研究的前提和重要內容。當時，存在兩大困難:第一是可供借鑒的資料醫乏，國內唯一能夠借鑒的資料就是美國里弗莫爾實驗室的年報，但由于保密的原因，年報描述極為簡略，要想從中獲取真正有用的信息，必須經過深入的思考和綜合分析，甚至還要開展驗證性的工作:第二是實驗測量的設備幾乎沒有，ICF研究是一門新興的學科，用于診斷激光聚變實驗數據的設備、儀器，幾乎都沒有\\)一家生產。在這樣的情況下，要進行慣性約束聚變研究，只有獨立自主、自力更生地研制最急需的設備。

1977年8月，由微觀參數研究轉向激光等離子體診斷的204室，開始調研文獻、確定題目，自己動手研制一批診斷設備。1978年初，根據能量平衡研究的需要，確定了建立差分熱量計\\(亦稱等離子體卡計\\)、法拉第電荷收集器、四通道靜電離子譜儀、九十度聚焦電子能譜儀、中子閃爍探測器、硅光二極管、鋁一銘半導體探測器等研究方向。1980年初，九院二所成功地研制出差分熱量計、法拉第電荷收集器和中子閃爍探測器等多臺\\(套\\)診斷設備。

從1978年年初到上世紀80年代中期，我國ICF研究人員成功地研制了十多種配套的診斷設各，可以測量可見光、X射線、離子、電子、中子等的強度、能譜、時間譜和空間分布等特征物理量，并對這些診斷設備進行了精密標定，總體水平達到了當時國際同類診斷設備的先進水平。

4 ICF實驗與診斷的早期研究早期的物理實驗是在上海光機所六路激光器上進行的。六路激光器輸出波長為基頻光\\(1065 nm\\)，脈寬100ps，能量2-10J。在這樣小的激光器上進行ICF綜合集成實驗是困難的。但可以利用該裝置調試診斷設備，掌握實驗方法，掌握實驗經驗，為在大功率激光器上開展實驗打下基礎。

1978年，上海光機所完成了六路激光裝置的研制，每路輸出25。為初步開展ICF研究提供了必需的條件。并研制出十多種物理實驗診斷裝置，為我國激光等離子體物理實驗奠定了物質基礎。1977年，研究人員利用六路激光裝置中的四路激光進行了薄壁玻殼微球靶的打靶實驗，通過對玻殼球中心發光區的X射線針孔照相圖像分析，體壓縮達到了30-50倍，說明中國的激光等離子體研究已接近消融型壓縮水平，標志著我國的ICF進入了逐級論證向心聚爆原理的重要發展階段5，6。

1980年6月，九院二所204室新研制的差分熱量計、法拉第電荷收集器和中子閃爍探測器等多臺\\(套\\)診斷設備，在上海激光裝置上進行了測試考核。這是九院二所慣性約束聚變研究的首次實驗。在此后的1981年6月至8月，二所204室在六路激光器上開展了第二輪實驗，考核了靜電多道離子譜儀、九十度聚焦電子能譜儀、離子電荷收集器、多道X射線譜儀、鋁一銘半導體探測器、差分熱量計等診斷設備，初步完成了激光等離子體能量平衡實驗。

1982年6月，九院二所成立了從事激光等離子體診斷、激光靶研制、激光器和強流脈沖電子束加速器運行的新207室，王世績任室主任，標志著我國ICF研究第一個專業化研究室成立。

1982年8月，207室在六路激光器上進行了以能量平衡為中心的單束激光與平面革巴相互作用實驗，實驗檢驗了激光器的性能和激光入射參數測量的可靠性，考核了診斷設備，獲得了激光束與平面靶相互作用的實驗數據。

1984年9月，207室在六路激光器上進行了第四輪實驗，完成了從日本進日的X射線條紋相機和光學條紋相機的驗收和標定，對X射線輻射探測器\\(XRD\\)的時間相應特性進行了標定，測量了100psX射線的轉換效率，完成了平面靶小孔注入與堵日實驗，并對柱狀腔靶進行了探索。圖1為上世紀80年代賀賢士向王淦昌匯報ICF物理實驗結果。

通過在六路激光器上進行的四輪實驗，ICF實驗與診斷人員對激光束現狀及激光打靶對光束質量的要求有了較深的理解;對激光打靶技術，對如何提出今后實驗的激光束指標要求，以及建立、發展哪些診斷設備和診斷技術有了比較明確的認識。通過這些實驗，考核了自己的診斷設備，掌握了激光打靶所需要的條件，培養了隊伍，積累了經驗。通過以能量平衡為基礎的實驗，初步測量了激光的吸收效率、X射線轉換效率、粒子及超快電子的特性，并對堵日效應和腔靶進行了探索，為以后的實驗打下了良好的基礎。1985年11月，召開了ICF實驗與診斷匯報會，圖2為參加匯報會的人員合影。

我國自行研制的多臺\\(套\\)診斷設備，在激光等離子體實驗中獲得了初步應用，獲得了大量有用的和精密的實驗數據，取得了豐富的研究成果。多道X射線譜儀、橫向磁場九十度聚焦電子磁譜儀、靜電分析離子飛行時間譜儀、用于激光等離子體相互作用的準絕熱補償型雙差分熱量計4個項目獲得1981年國防科工委重大科技成果四等獎。激光平面靶相互作用實驗研究獲得1982年國防科工委重大科技成果三等獎，激光等離子體相互作用離子特性、激光X射線轉換效率測量2個項目獲得1982年國防科工委重大利1技成果四等獎。激光一孔靶等離子體時空特性測量和平面孔靶激光能量注入率測量獲得1984年國防科工委重大科技成果二等獎，業千電子伏的X射線能譜測量及業千電子伏的X射線源的研制獲得1984年國防科工委重大科技成果三等獎。

5 ICF實驗與診斷的早期交流我國在慣性約束聚變實驗和診斷工作啟動之初，即十分重視科技交流工作。1980年12月，王世績、胡仁宇等人參加了在成都召開的等離子體物理和核聚變學會成立及學術研討會，向大會作了離子譜儀、電子譜儀和量熱計等診斷設備的學術報告。1982年10月，王世績在北戴河召開的慣性約束聚變學術研討會上，報告了激光與靶相互作用實驗結果，1983年9月16日，鄭志堅、楊建國、閆玲去廣州參加國際激光會議。楊建國在會上宣讀了題目為《激光與平面靶相互作用實驗研究》的論文，門玲張貼了題目為《激光等離子體相互作用離子特性研究》的論文。1984年6月20-26日，九院在北京召開了激光核爆模擬工作年會，王世績做了題目為《黑洞靶分解實驗》的報告。這些報告向國內物理學界展小了激光聚變和核爆模擬這一新興學科的全景，在當時的物理學領域引起了很大反響，有力地宣傳了慣性約束聚變和核爆研究工作。

通過國際學術交流，深入了解國際上的最新進展情況，并向國際上展小了我們的工作。1980年2月，王世績參加在美國圣地哥舉行的第三屆國際慣性約束聚變會議。5月12日，在北京人民大會堂西廳，陳能寬、于敏、胡仁宇、王世績等一道參加了與美國里弗莫爾實驗室同行專家座談，就慣性約束聚變軍事應用前景和用輻射驅動內爆實現激光聚變等問題進行了討論。1986年10月18日至11月10日，王世績、華欣生、楊成龍、彭翰生等人與上海光機所聯合組團赴美考察高技術，并參加了第二屆國際激光科學會議及美國1986年物z}年會，訪問了美國里弗莫爾國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室\\(\\(LANL\\),斯坦福大學，并與美國海軍研究所\\(NRL\\)激光等離子體專家座談。

6王淦昌等老科學家對ICF早期工作的支持中國的慣性約束聚變研究工作，從啟動之初就得到了國家、部委有關領導和老一輩科學家的大力支持。

為了使ICF研究工作能得到長期穩定的經費支持，并得到有關上級機關的批準，1978年夏天，王淦昌推動中國科學院學部在北京組織召開了有關ICF研究的學術討論會，嚴濟慈、錢三強、彭桓武、王大晰等老一輩著名科學家參加了會議，會上請于敏同志作專題報告。

這次會議上，于敏把十分復雜的ICF研究勾畫出一幅非常清晰的圖像。從研究的目的、可能的技術途徑、有關的關鍵科學技術問題\\(包括激光與物質的相互作用、能量輸運、內爆到聚心點火等\\)，到國際上最新研究成果，目前已認識的規律，以及尚待進一步解決的問題，無不講得清清楚楚，引人入勝，使老先生們很快就了解ICF這門當時國際上還開展不久的新的分支學科極為復雜的物理問題的概貌，對我國開展ICF研究的迅速決策起到決定性的作用。通過討論，大家一致認為ICF這個領域研究的意義重大，還有\\)、一闊的應用前景。我國當時也已有相當基礎，國際上起步時間也不長，我們與當時的國際水平相差不遠。應該抓住時機，加強領導，整合各方資源，規劃好各方面的工作，很有可能較快地趕上世界先進水平。通過這次會議，這個領域的研究工作很快得到有關上級的批準，并在行動中開始組織實施。

此后，在激光器設計方案的討論和評市過程中，王淦昌和王大晰先生一起，每次都親自到會組織討論和指導工作。同時，王淦昌對九院的ICF有關計劃的制訂和實施也都親自過問。

1983年1月，中央軍委副秘書長兼國防部長張愛萍寫信給上海市委主要領導，希望他們督促中國科學院上海分院和上海光機所加強對研制激光裝置的領導，加快工作進展。同時指出，“激光核爆模擬工作是一項很有希望、很有意義的工作，它的研究成功將會大大加快核武器的研制工作?！辈⑴芍旃鈽I去上海檢查督促此工作。

為了從組織上加強兩單位的合作，1986年中國科學院與中國工程物理研究院共同組建了“高功率激光物理聯合實驗室”，依托于上海光機所，由鄧錫銘同志任主任，王世績同志任副主任，于敏同志任學術委員會主任。同時還成立了管理委員會，由雙方行政領導及機關工作人員組成，張宏同志\\(時任中國科學院新技術局局長\\)任主任。王淦昌、王大晰擔任聯合實驗室的科學技術指導。

神光工號激光器于1987年建成驗收，并投入正式運行。與此同時，九院也籌建了物理實驗、診斷技術和靶的制備研究室，建成了相應配套的診斷設備\\(包括可見光、X射線的強度和能譜、中子等診斷設備\\)，制備出各種當時的實驗用靶。神光工號從開始運行到1994年退役，先后開展了九輪物理實驗，從測量入射和出射的能量平衡實驗開始，進行了大量激光與等離子體相互作用的研究和內爆出中子實驗。

1988年，王淦昌參加了在意大利召開的戰爭與和平國際會議。在這次會議上，美國宣布了ICF研究領域進展的最新情況:他們在Nova激光器上開展了大量實驗，同時利用地下核試驗做內爆充氖氖靶丸的實驗結果，已經推斷出利用1 MJ的激光能量有可能達到“得失相當”。

根據這個推斷，美國已開始對建立“點火裝置”進行論證?；貒院?，王淦昌即與王大晰、于敏商量，聯合向中央寫報告，請求國家增加對ICF研究的投入，以加快研究進度，爭取在世界上占有一席之地。

1989年初，李鵬總理親自聽取了匯報，李總理十分關心ICF的前途，提出許多問題，王淦昌等一一作了回答。1991年7月，王淦昌和于敏主持召開了ICF立項論證會，成功地通過了ICF立項論證。圖3為參加ICF立項論證會議的人員合影。

1992年，ICF作為一個獨立主題列入國家高技術研究發展計劃。由陶祖聰為首席專家，賀賢土為秘書長。主題專家組成立后，一直在王淦昌和王大晰的關心和指導下工作。從這時候開始，我國ICF研究獲得了國家長期穩定的支持，制定了比較長遠的規劃。

7結束語ICF創業早期的實驗與診斷工作，是老一輩科學家艱苦奮斗、拼搏的歷史。從1967年11月九院實驗部31室組建的“激光核爆模擬研究”課題組，到1982年6月九院二所成立我國ICF研究第一個專門化研究室207室，再到2000年4月九院成立ICF研究領域的專門研究所—中國工程物理研究院激光聚變研究中心，40年來，我國的ICF研究工作，在王淦昌、王大晰、于敏等老一輩科學家的倡導和指導下，在陶祖聰、鄧錫銘、胡仁宇、賀賢土、王世績、范滇元、林尊琪等人的直接帶領下，從無到有，披荊斬棘，開拓創新，走出了一條有中國特色的ICF研究發展之路。在國家高技術研究發展計劃的支持下，經過“十五”、“十一五”多年來的努力，ICF各個子領域的工作都取得顯著的進展。我國高功率固體激光驅動器的研制水平以及部分實驗和診斷技術水平都達到了世界先進水平的新高度，中國激光聚變利技人員正不斷地開創著我國ICF研究的新局面!

2012年9月28日是我國ICF實驗和診斷工作的拓荒者和引領者之一王世績院士誕辰80周年，謹以此文獻給王世績先生。

致謝本文撰寫過程中得到了中國工程物理研究院激光聚變研究中心楊建國研究員、唐道源研究員、鄭志堅研究員、丁耀南研究員、孫可煦研究員等老專家的大力支持和熱心幫助，在此表示感謝。

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