2010年或?qū)⒊蔀闊岷嗽?/h1>
2010-03-21 06:10:29吳江濱
物理通報(bào) 2010年2期 關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)
2010年1月28日《科學(xué)快訊》(《科學(xué)》網(wǎng)絡(luò)版):美國NIF(國家點(diǎn)火裝置)項(xiàng)目組成員發(fā)表題為“Symmetric Inertial Confinement Fusion Implosions at Ultra-High Laser Energies”(在高強(qiáng)激光作用下的均衡慣性約束核聚變內(nèi)爆)的論文.論文說NIF項(xiàng)目組成功地實(shí)現(xiàn)了0.7 MJ間接作用黑腔(hohlraum黑體輻射腔)實(shí)驗(yàn)的均衡靶囊內(nèi)爆.從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，該實(shí)驗(yàn)裝置完全滿足慣性約束核聚變的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)條件.
所謂慣性約束核聚變(ICF)是把氘和氚的混合物裝入直徑約幾mm的小球內(nèi)(黑腔).從外面均勻射入高強(qiáng)度激光束或粒子束，使球體在極短的時(shí)間內(nèi)(10-12s)因吸收能量而達(dá)到極高的溫度(MK)向外蒸發(fā);受高速蒸發(fā)的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓(反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束)，小球內(nèi)氘氚混合物受擠壓而溫度急劇升高.當(dāng)溫度和壓力達(dá)到核聚變所需要的點(diǎn)火條件時(shí)，小球內(nèi)氘氚混合物就會(huì)發(fā)生聚變反應(yīng)，釋放出大量能量.如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，所釋放出的能量就相當(dāng)于百萬千瓦級(jí)的發(fā)電站.
在此之前，實(shí)現(xiàn)慣性約束核聚變的一項(xiàng)關(guān)鍵性難題就是解決黑腔內(nèi)爆的均衡性；如果內(nèi)爆不均衡，就如同有破洞的氣球，溫度和壓力都升不上去，就不能滿足核聚變的要求.之前的黑腔實(shí)驗(yàn)中內(nèi)爆形狀如同“薄餅”.NIF項(xiàng)目組的突破就是讓“薄餅”變成各向均衡的圓球.長期以來，慣性約束核聚變研究面臨激光與等離子體的相互作用的穩(wěn)定和均衡難題，等離子體的非均衡性讓激光出現(xiàn)散射從而分散了激光的能量.2009年秋，NIF在對(duì)含氦和氫的靶丸進(jìn)行的測(cè)試性打靶中，對(duì)激光束的能量分布進(jìn)行了調(diào)整，結(jié)果顯示，模擬燃料靶丸在受壓方面具有高度的對(duì)稱性，可以滿足聚變點(diǎn)火的條件.
ICF項(xiàng)目主任布萊恩·麥克高文表示：“激光和等離子體相互作用很不穩(wěn)定.然而，我們的測(cè)試性打靶顯示我們能夠?qū)⒓す夂偷入x子體的相互作用轉(zhuǎn)變成能量，并用于控制黑體輻射空腔的對(duì)稱性.”
NIF等離子體物理組組長齊格弗里德·格蘭澤認(rèn)為，利用激光等離子體相互作用調(diào)節(jié)慣性約束聚變激光能量的手段非常高明，人們可以在不需要提高各路激光束能量強(qiáng)度的情況下，通過改變激光的波長，讓能量聚集在所需的地方.這是人們能最大程度地利用現(xiàn)有激光束能量的理想途徑.
在《科學(xué)快訊》的論文中，NIF項(xiàng)目組指出黑腔兩端自發(fā)形成的等離子體光柵能對(duì)激光能量在黑腔中的分布加以調(diào)節(jié)，導(dǎo)致對(duì)稱的X射線輸出.格蘭澤說，等離子體光柵如同小型棱鏡，它改變了部分激光束能量的方向，如同棱鏡按波長改變陽光方向一樣.在試驗(yàn)之前，NIF研究人員曾利用計(jì)算機(jī)仿真，模擬出通過改變部分激光束波長以控制黑腔內(nèi)激光能量分布的結(jié)果.
論文中NIF的激光系統(tǒng)由192路激光束組成.為確定黑腔X射線輸出的特性，實(shí)驗(yàn)采用了較低功率的激光束，同時(shí)靶丸也比真正用于聚變實(shí)驗(yàn)的靶丸要小，在實(shí)驗(yàn)中靶丸直徑為1.8 mm.
關(guān)鍵性技術(shù)的突破極大地鼓舞了NIF項(xiàng)目組的所有成員，他們計(jì)劃在2010年夏天開始用裝有聚變?nèi)剂系陌型柽M(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn).他們的目標(biāo)是在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)凈能量輸出的可控核聚變.如果實(shí)驗(yàn)獲得成功，也許2010年將作為熱核元年載入人類史冊(cè).
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