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编者按：2015年2月，美国能源部向国会提交2016财年的预算申请，申请报告中，能源部指出该项目应该是发现驱动，而不是进度驱动的项目，这样，才能有更多的机会与模拟结果进行对比，才有获得更多的反馈信息，解决重大物理问题。 2016财年，惯性约束聚变与高产额攻关计划申请了5.02亿美元的经费，相比 2015财年的国会预算申请减少1千万美元(~2%)。每一子项的经费都有所消减，主要是其优先发展高能量密度武器物理研究的战略决定。 2015财年，NNSA将会对实验室点火研究进展以及非点火高能密度实验对武库科学和库存管理的贡献进行评估。评估结果将影响人们利用ICF/HED实现点火的决定以及相关研究项目的平衡。间接驱动、直接驱动以及磁场驱动内爆的综合实验和重点实验将继续进行，研究点火靶的物理性能，提高模拟的可信度，获得更多的数据，进一步解决重大的物理问题。2015财年，NNSA将制定十年高能量密度战略规划，该规划列出点火和非点火高能量密度科学优先发展的研究方向。
惯性约束聚变点火与高产额攻关计划预算
概 述 惯性约束聚变点火(ICF)和高产额项目支持美国能源部承担的国家安全使命，主要通过提供高能密度物理(HED)领域验证程序和模型所需的科学研究和实验能力，在不进行地下核试验的情况下，确保武器库的安全、安保和有效。ICF项目支持武库评估认证工作以及能源部承担的国家安全使命。利用实验对模拟研究的模型进行验证是确保其可信度的重要方法。在核武器中，超过99%的能量产生于高能量密度状态(压强超过1Mbar)，这种状态达到关键临界点就会出现。一些装置能够产生实验状态，ICF计划支持这些装置的运行以及在其上进行实验研究。这些投资主要支持人们在实验室模拟核爆的环境，从而获得相关的知识和信息。除了以前地下核试验获得的数据，这些装置提供的实验数据，经过程序和模型的验证后，通常可以用来支持年度武库的评估和认证，制定延长武器使用寿命计划，解决重大发现(Significant Findings Investigations，SFI)。ICF装置是重要的实验平台，在其上进行的实验可以检验耦合了传输过程和流体力学模型的程序， 获得研究和进展可以直接用来评估核武器的性能，确定未来武库中武器的使用寿命。例如，核武库维护规划(Stockpile Stewardship Program，SSP)正在开发的先进模拟能力(advanced simulation capabilities)项目，建立起来的核物理模型具有很高精确度，可支持认证、延寿计划以及解决重大发现问题。以科学为基础的武器评估和认证需要先进的实验能力来验证核武器性能的模拟、了解用于未来核武库的材料的特性，加强复杂三维模型的开发能力，了解武器的初级助爆过程。ICF攻关通过开发和应用先进实验和理论工具技术，包括利用最先进的激光和脉冲功率装置，开展点火和武器相关的非点火高能密度物理实验研究，开发先进的模拟程序来支持上述研究。 ICF项目主要通过两类实验支持武库维护工作。第一，通过非点火高能量密度物理研究、诊断设备的开发和实验技能直接支持武库维护工作。正在进行的实验研究材料科学、辐射输运以及流体力学等领域的科学问题，为核武器提供基础的科学知识，验证程序和模型，巩固武库的可信度。第二，ICF计划的目标是在实验室实现热核燃烧，最终实现点火。点火和热核燃烧的演示和应用，对于验证核爆产生的极端条件下的模型非常重要，实验室中利用其他方法不能获得这样的极端条件。实现点火是NNSA和能源部的主要目标之一。 自上世纪90年代初期开始，在实验室演示点火一直是美国核武库维护规划的一个重要组成部分。上世纪70年代后期到80年代，存在的一个基本问题是，能否设计建造一装置，该装置能够实现模拟预测的内爆条件。经过十多年的努力，国家点火装置建造完成，初步的点火实验结果表明：我们的认识与不完善的程序预测之间存在根本性的差距，这表明需要时间来研究和解决未知的物理问题和技术难题。指导当前ICF项目相关工作的科学假说(science hypotheses)主要致力于缩小上述差距并制定ICF发展路线图，旨在在实验室演示聚变点火，并最终获得数兆焦聚变产额。更稳定的内爆设计已经使内爆性能更接近模拟结果，接近α粒子加热。这意味着已经揭示了实现点火的一些必要因素(当然，并没有完全弄清楚)，内爆过程中获得了创纪录的中子产额要取得更大的进展，需要更好的研究并控制流体力学不稳定性和内爆对称性。继续进行点火这项极具挑战性的研究，对保持科学领先地位，招募科学家和工程师参与武库维护工作时的可信度都非常重要。由于大多数点火研究是公开和共享的，ICF项目通过广大科学团体，为保持相关科学的质量提供了一条道路。 能源部为2016财年的ICF项目申请了502,450,000美元的经费，相比2015财年的国会预算申请减少10,445,000美元(~2%)。 NNSA继续对项目的规划依据(planning basis)进行评估，以确保预算和资源与需求的匹配。多个项目或规划对ICF研究存在需求，包括核武器委员会(Nuclear Weapon Council)、需求和规划文件(Requirements and Planning Document，RPD)、25年的武库维护规划(25 year Stockpile Stewardship Management Plan，SSMP)，优化多个项目间研究资源的工作正在进行。与能源部2014-2018年的战略规划相匹配，NNSA在 2014年6月召开研讨会，为高能量密度科学制定十年科学发展战略远景规划，支持核武器项目。150多名参会者就全国所有ICF装置上的点火和非点火实验进行了研讨。研讨会形成的材料是10年HED战略规划(将在2015财年制定)的基础，该规划是资源信息类规划，其中将给出点火和非点火HED科学优先发展的研究方向。在资源受限的情况下，规划将指导决策工作计划和新能力研发。这份预算中将反映该工作的成果。 2016财年的ICF项目继续重点支持高能密度武器实验和先进能力的开发；同时继续保持点火研究和可选点火概念研究之间的平衡发展。在2015年10年HED战略规划指导下，平衡ICF的专业技术和能力，库武科学和近期库武需求的研究经费将继续中其他库武项目中支持。这平衡了ICF的专业技术，为HED武器研究和NNSA更广范围的武库管理计划需求(列在预测能力框架(Predictive Capability Framework，PCF))提供了额外的支持。 2015财年将会对实验室点火研究进展以及非点火高能密度实验对武库科学和库存管理的贡献进行评估。评估结果将影响人们利用ICF/HED实现点火的决定以及相关研究项目的平衡。间接驱动、直接驱动以及磁场驱动内爆的综合实验和重点实验将继续进行，研究点火靶的物理性能，提高模拟的可信度，获得更多的数据，进一步解决重大的物理问题。该项目应该是发现驱动，而不是进度驱动的项目，这样，才能有更多的机会与模拟结果进行对比，才有获得更多的反馈信息，解决重大物理问题。 为满足不断增长的，支持武器项目的点火和非点火实验需求，需要提高国家点火装置的打靶率。2014财年，制定了提升国家点火装置打靶率的相关计划并开始付诸实施。截止2014年12月底，已经执行了11条计划(共计20条)。2014财年，国家点火装置的打靶率有了显著提升，每季度都有所提高。2014财年，国家点火装置共完成了191发打靶，其中69发是最后一个季度完成的。2015财年计划完成300次打靶。打靶率的显著提高主要源于提高装置在打靶的时间，减少维护、安装和新设备试运行时间。剩余计划将在2015财年和2016财年全部完成，打靶率会进一步提高。2015财年，NNSA将发出并制定国家ICF/HED诊断设备五年计划，以优化NNSA高能密度装置诊断设备的开发。该计划的执行将会使两者间的资金相互流动，提高成本效率，最大化国家投资的收益。 2016财年的预算将支持NNSA三大主要HED的运行——国家点火装置，圣地亚国家实验室Z装置罗彻斯特大学激光力学能实验室的OMEGA装置，包括支持外部用户开展实验的经费。三大主要HED装置将按照各自的管理计划运行。将继续提高每个装置的运行效率，优先进行最紧急的实验，支持武库计划。 2016财年的预算为圣地亚国家实验室Z装置的运行和应用提供79,540,000美元的经费。包括在ICF项目中的44,540,000美元经费和科学攻关项目的35,000,000美元经费。 ICF预算为国家点火装置的运行(支持所有用户以及ICF项目)申请了322,500,000美元经费；为罗彻斯特大学激光力学能实验室的OMEGA装置(支持所有用户以及ICF项目)申请了60,500,000美元经费； 2016财年，NIF将预留8%左右的实验时间用于与学术机构的合作，开展有益于NNSA的科学研究。这样做的好处是，这些实验的运行费用由NNSA负责，而大部分实验设计与分析则是由学术机构提供。
2016财年预算请求的重点 2016财年ICF项目预算基于之前财年完成的工作，包括： 1) 提供关键数据，降低核武器性能预测中的不确定性： 2) 在Z装置和国家点火装置之前没有实现的情况下，安全获得高Z材料的性能数据，包括钚材料； 3) 在OMEGA和NIF装置上开发平台来研究材料的复杂流体力学特性(SFIs可能关注的)。 4) 对NIF上点火限制因素的研究取得了持续进展，2015财年的评估报告中将会进行总结，包括激光靶的能量耦合、对称性和混合等。 5) 建立了间接驱动“高脚”实验平台，实现了创纪录的性能，继续利用备用烧蚀材料进行实验，利用创纪录的中子产额开展与核武器相关的实验研究。 6) 在OMEGA和NIF上进行的直接驱动点火研究也得到了持续的进展， 2015财年评估报告将会报道。 7) 通过磁化线性约束聚变(magnetized liner inertial fusion，MagLIF)实验，在磁驱动内爆演示中取得进展，2015财年评估报告将会报道。 8) 继续执行国家诊断战略，优化用于HED装置中的诊断设备，提高成本效益。 9) NNSA主要的HED装置(NIF、OMEGA和Z装置)按照相应的管理计划持续安全的运行。 10) 实施2014财政制定的开发计划，NIF的运行效率得到持续改善。2015财年，国家点火装置启动新的材料科学平台，研究钚材料。实验使用钚材料的数量在辐射装置界定的范围内。 未来优先发展领域与展望 2017财年到2020财年，ICF项目所需的总经费为2,198,371,000美元。ICF为高能量密度物理研究提供科学认知及实验能力，高能量密度物理主要在极端条件下研究物质特性，支持以科学为基础的武器评估和认证，履行维护国家安全的使命。ICF项目将平衡发展高能密度武器研究和正在进行的点火探索(包括备选的先进点火概念研究)。2015财年DPAC子委会(DPAC subcommittee)对点火研究进展的评估以及演变武库的项目需求将会给出高能量密度领域的研究方向和投资方案。备选点火平台新能力开发的特别投资，将基于需求优先和资源限制以分阶段方式拨给。稳健点火平台的开发和使用具有高的优先级别，比如不要求点火的就能进行的HED实验。“高脚”实验获得创纪录的中子产额，相关实验平台将会得到充分利用，支持项目。十年HED战略规划将在2015财年完成，规划计划在NIF、OMEGA、Z装置上开发新的实验平台，例如研究流体力学和混合领域、复杂区域的辐射流、更高压强条件下材料(包括高Z材料，比如钚)的状态方程扩展，包括开发新的输出和环境测试平台。这些平台的开发需要更尖端的技术、诊断设备以及模拟能力，同时还需要提高打靶数量。提高国家点火装置的运行效率将有助于满足这些增长的需求。预计，未来几年的预算ICF项目的经费水平足以提供先进实验能力(包括实验平台、诊断、理论工具和技术)，满足实验开展武库评估和认证所需的实验和程序认证工作。
摘译自：FY2016 Congressional Budget |
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