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NIF激光核聚变接近临界点实验

导读: 或许在今年,美国国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)将变得名副其实。

  或许在今年,美国国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)将变得名副其实。这个耗资35亿美元的装置坐落在美国加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室内,能产生世界上最大的激光束,用来爆聚(implode,从内部引爆)一个氢同位素标靶,触发核聚变,产生的能量将比输入的多得多。NIF的管理人员认为,为了达至临界点或者说“点燃反应堆”,他们进行了两年的工作,现在可以说是胜利在望。项目主管艾德?摩西(EdMoses)表示:“我们完全有能力在2012财政年度内取得成功。”

  然而,这种方式仍然属于惯性约束核聚变(inertialconfinementfusion),就算整个项目取得成功,也面临着不确定的未来。实验成功是否就意味着,美国能源部会把它开发成一种经济可行的能源呢?如果是的话,那么NIF激光触发核聚变的方法是否是最佳方案呢?3月7日,美国国家科学院专家小组提交的一份中期报告总结道,现在下结论还言之过早。报告还建议核聚变科学家继续寻找引燃核燃料的替代性技术。

  美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的等离子物理学家格伦?乌尔登(GlenWurden)同意报告的观点,并认为研究惯性约束核聚变的科学家不应该把宝全压在激光触发法上。他认为:“可控核聚变技术完全不成熟。”他指出,另一种核聚变方式——磁约束核聚变(magneticconfinementfusion)以及这种方式的标志性项目、耗资210亿美元的国际热核聚变实验堆(ITER)也遇到了很多困难,以至于研究停滞不前。ITER进展迟缓,研究费用不断膨胀,都归咎于一项不成熟的技术,即托卡马克装置(tokamak,受控热核反应装置),这是一个面包圈状的笼子,里面的强力电磁铁禁闭着一个核聚变等离子体。

  尽管科学家最初信心百倍,计算机模型模拟也非常有利,NIF项目同样没能按预期进度前行。乌尔登表示:“科学家以为‘点燃’反应堆犹如探囊取物。”然而,NIF对氢同位素进行加温加压的过程麻烦不断。在一个叫做间接传动(indirectdrive)的过程中,多束激光束会从橡皮擦大小的“辐射空腔”(hohlraum,一个金质圆筒)的两个开口射入,使其内部产生X射线。之后,由X射线来加热并挤压辐射空腔内的核燃料(氢同位素标靶),触发核聚变。然而,在辐射空腔内部,激光与等离子体之间发生了意料之外的涡流交互作用,吸收了来自激光束的能量。这会抵消很多能量,使NIF的激光能量输出达不到点燃反应堆所必须的极限阈值。

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