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    直接驅(qū)動實驗進展給激光慣性約束核聚變帶來新曙光

    2016/11/1 14:17:41

    核聚變是未來清潔能源的希望所在,科學(xué)家正試圖利用激光聚變技術(shù),把海水中豐富的同位素氘、氚轉(zhuǎn)化為取之不盡的能源,但是實現(xiàn)可控核聚變極為困難。近日,美國羅切斯特大學(xué)在激光慣性約束核聚變(ICF)領(lǐng)域的新成果讓奮斗在ICF道路上的科學(xué)家看到了新的希望。

    ICF的原理是在極短時間內(nèi)加熱和壓縮微型靶丸,將靶丸中的氘-氚燃料壓縮到聚變條件,使氘氚原子劇烈碰撞,產(chǎn)生氦原子核和中子,同時釋放大量能量。ICF的實現(xiàn)方案包括,直接驅(qū)動、間接驅(qū)動、快點火等。

    在羅切斯特大學(xué)激光熱力學(xué)實驗室(LLE)的OMEGA裝置上,科學(xué)家在打靶實驗中觀測到非常好的靶丸內(nèi)爆狀態(tài)。這已經(jīng)將燃料壓縮到點火條件需求的一半狀態(tài)。能得到這樣的結(jié)果得力于許多技術(shù)提升。其中一項是60束激光的瞄準(zhǔn)技術(shù),現(xiàn)在可以使輻照更加均勻。


    激光直接驅(qū)動慣性約束核聚變方案示意圖,該方案是用激光直接轟擊靶丸

    說到這里,就不得不提一下美國的國家點火裝置(NIF)。近年來,美國基于NIF開展了激光間接驅(qū)動中心點火物理實驗,取得了引人矚目的成就,但聚變點火的前景并不樂觀。

     

      激光間接驅(qū)動慣性約束核聚變方案示意圖,該方案是先將激光能量轉(zhuǎn)換為X射線,用X射線轟擊靶丸。

    如果LLE的實驗狀態(tài)在NIF上復(fù)現(xiàn)并等比放大,將產(chǎn)生5倍于NIF保持的激光聚變記錄能量,即產(chǎn)生100 kJ的聚變能量。

    在這一令人振奮的實驗結(jié)果背后,值得思考的是,ICF實驗條件苛刻,影響因素繁多,就能量的等比放大來說,實現(xiàn)的概率有多大也很難預(yù)料。畢竟當(dāng)年NIF就是利用NOVA激光裝置的成熟技術(shù)建立起來的,結(jié)果與預(yù)期卻相差甚遠。但實驗結(jié)果還是給了那些對ICF寄予厚望的人們以莫大的鼓勵。

    在國內(nèi),位于中科院上海光機所的高功率激光物理聯(lián)合實驗室作為我國ICF研究核心單位之一,在激光聚變方面進行了深入、長期的研究。在2015年高功率激光物理聯(lián)合實驗室學(xué)術(shù)委員會的會議上,實驗室學(xué)術(shù)委員會建議 “開展直接驅(qū)動和探索性綜合物理實驗等與點火物理相關(guān)的基礎(chǔ)研究”。

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