詮釋激光核聚變

簡(jiǎn)單地說(shuō)，激光核聚變就是利用激光照射核燃料使之發(fā)生核聚變反應(yīng)。它是模擬核爆炸物理效應(yīng)的有力手段。

由于激光核聚變與氫彈的爆炸在許多方面非常相似，所以，20世紀(jì)60年代，當(dāng)激光器問(wèn)世以后，科學(xué)家就開(kāi)始致力于利用高功率激光使聚變?nèi)剂习l(fā)生聚變反應(yīng)，來(lái)研究核武器的某些重要物理問(wèn)題。我們知道，氘、氚等較輕元素的原子核相遇時(shí)，聚合為較重的原子核，并釋放出巨大能量的過(guò)程稱為核聚變。人工控制的持續(xù)聚變反應(yīng)可分為磁約束核聚變和慣性約束核聚變兩大類。后者又可分為激光核聚變、粒子束核聚變和電流脈沖核聚變?nèi)?。激光核聚變主要有三種用途：一是可為人類找到一種用不完的清潔能源。二是可以研制真正的\"干凈\"核武器。三是可以用它代替部分核試驗(yàn)。因此，激光核聚變?cè)诿裼煤蛙娛律隙季哂惺种卮蟮囊饬x。

用不完的清潔能源

隨著石油和煤炭等礦物燃料資源日漸枯竭，人類對(duì)替代能源的需求正變得更為迫切。通過(guò)激光核聚變，人類就可以利用激光控制核聚變反應(yīng)，使核聚變按照人類的需要釋放出相應(yīng)的能量，從而獲得可控的核聚變能源，使人類徹底擺脫能源短缺的困擾。

利用激光核聚變?cè)斫ㄔ斓陌l(fā)電站，稱為可控聚變能電站。這種電站的主要燃料是氫的同位素--氘。氘大量存在于海水之中，特別是海洋表層3米左右的海水里。據(jù)專家預(yù)測(cè)，全球海洋中的重水總儲(chǔ)量為200萬(wàn)億噸。我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃幸埠写罅康臍?，另外，從地殼中開(kāi)采的氫也可以為聚變反應(yīng)堆提供大量的燃料。據(jù)推算，利用氫聚變可以輕而易舉地為人類提供5000萬(wàn)年之久的能源！可見(jiàn)，通過(guò)激光核聚變可以為人類找到一種取之不盡、用之不竭、既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠的能源。隨著激光核聚變研究地不斷深入，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，人類完全可以用安全、清潔、廉價(jià)、豐富的聚變能發(fā)電。而這種能源是除了傳統(tǒng)的石油、煤等以外，人類最有希望獲得的干凈能源。

目前核電站主要是利用鈾核裂變反應(yīng)釋放出的能量來(lái)發(fā)電的，而鈾核裂變會(huì)產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物，如果處置不當(dāng)，就可能污染環(huán)境和威脅人類健康。而利用激光核聚變建造的聚變能電站由于聚變反應(yīng)本身不會(huì)產(chǎn)生放射性污染，而誘發(fā)聚變反應(yīng)的又是不產(chǎn)生污染的激光，因此，聚變能是一種沒(méi)有污染的干凈能源。

根據(jù)專家預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)中葉，世界上數(shù)目眾多的激光核聚變?cè)O(shè)施有可能聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)聚變能發(fā)電的工業(yè)化。屆時(shí)，人類就可以以最理想的方式解決對(duì)能量的需求。因此，激光核聚變的工業(yè)化騰飛必將引發(fā)一場(chǎng)能源革命，其意義將不亞于人類發(fā)明火。

\"干凈\"的核武器

激光核聚變?cè)谲娛律系闹匾猛局唬前l(fā)展新型核武器，特別是研制新型氫彈。因?yàn)橥ㄟ^(guò)高能激光代替原子彈作為氫彈點(diǎn)火裝置實(shí)現(xiàn)的核聚變反應(yīng)，可以產(chǎn)生與氫彈爆炸同樣的等離子體條件，為核武器設(shè)計(jì)提供物理學(xué)數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)有關(guān)計(jì)算程序，進(jìn)而制造出新型核武器，成為戰(zhàn)爭(zhēng)新的\"殺手\"。眾所周知，早在20世紀(jì)50年代，氫彈就已研制成功并裝備部隊(duì)。但氫彈均是以原子彈作為點(diǎn)火裝置的。原子彈爆炸會(huì)產(chǎn)生大量的放射性物質(zhì)，所以這類氫彈被稱為\"不干凈的氫彈\"。

采用激光作為點(diǎn)火源后，高能激光直接促使氘氚發(fā)生熱核聚變反應(yīng)。這樣，氫彈爆炸后，就不產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物，所以，人們稱利用激光核聚變方法制造的氫彈為\"干凈的氫彈\"。傳統(tǒng)的氫彈屬于第二代核武器，而\"干凈的氫彈\"則屬于第四代核武器，它的發(fā)展不受《全面禁止核試驗(yàn)條約》的限制。由于不會(huì)產(chǎn)生剩余核輻射，因此，它可以作為\"常規(guī)武器\"使用。

一旦激光核聚變技術(shù)成熟，制造干凈氫彈的成本將是比較低的。這是因?yàn)椴坏司圩兊娜剂想畮缀跞≈槐M，而且激光核聚變能使熱核聚變反應(yīng)變得更加容易。通過(guò)激光核聚變，可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬核武器爆炸的物理過(guò)程及爆炸效應(yīng)，模擬核武器的輻射物理學(xué)、內(nèi)爆動(dòng)力學(xué)等，為研究核武器物理規(guī)律提供依據(jù)，這樣就可以在不進(jìn)行核試驗(yàn)的條件下，繼續(xù)擁有安全可靠的核武器，改造現(xiàn)有核彈頭，并保持核武器的研究和發(fā)展能力。此外，激光核聚變還具有可多次重復(fù)、便于測(cè)試、節(jié)省費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

各國(guó)取得的\"核成績(jī)\"

就模擬核試驗(yàn)技術(shù)總體而言，美國(guó)仍居世界領(lǐng)先地位。美國(guó)不但擁有世界上最大的\"諾瓦\(yùn)"激光器，而且在1998年美國(guó)能源部開(kāi)始在勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)\"國(guó)家點(diǎn)火裝置工程\"。這項(xiàng)軍民兩用的高能激光核聚變研究工程計(jì)劃于2003年實(shí)施，總投資為22億美元。其中的20臺(tái)激光發(fā)生器是研究工作的大型關(guān)鍵設(shè)備。法國(guó)激光核聚變研究以軍事化為主要目標(biāo)。為確保法國(guó)TN-75和TN-81核彈頭能始終處于良好狀態(tài)，在1996年，法國(guó)原子能委員會(huì)與美國(guó)合作實(shí)施一項(xiàng)龐大的模擬計(jì)劃--\"兆焦激光計(jì)劃\"，即高能激光計(jì)劃，預(yù)計(jì)2010年前完成，經(jīng)費(fèi)預(yù)算達(dá)17億美元。其主要設(shè)備為240臺(tái)激光發(fā)生器。建造在紀(jì)龍德省。這些激光發(fā)生器，可在20納秒內(nèi)產(chǎn)生1.8兆焦能量，產(chǎn)生240束激光，集中射向一個(gè)含有少量氘、氚的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)激光核聚變。

早在20世紀(jì)70年代，日本就投入了大量財(cái)力、人力和物力進(jìn)行激光核聚變研究。1998年，日本研制成功了核聚變反應(yīng)堆上部螺旋線圈裝置和高達(dá)15米的復(fù)雜真空頭，標(biāo)志著日本己突破建造大型核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆的技術(shù)難點(diǎn)。

我國(guó)著名物理學(xué)家王淦昌院士1964年就提出了激光核聚變的初步理論，從而使我國(guó)在這一領(lǐng)域的科研工作走在當(dāng)時(shí)世界各國(guó)的前列。1974年，我國(guó)采用一路激光驅(qū)動(dòng)聚氘乙烯靶發(fā)生核反應(yīng)，觀察到氘氘反應(yīng)產(chǎn)生的中子。此外，著名理論物理學(xué)家于敏院士，在20世紀(jì)70年代中期就提出了激光通過(guò)入射口打進(jìn)重金屬外殼包圍的空腔、以X光輻射驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)激光核聚變的概念。1986年，我國(guó)激光核聚變實(shí)驗(yàn)裝置\"神光\"研制成功?！?/p>

(華迪康薦自《科學(xué)發(fā)現(xiàn)報(bào)》)