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中国激光核聚变神器---神光装置

导读: 把强大的激光束聚焦到热核材料制成的微型靶丸上,在瞬间产生极高的高温和极大的压力,被高度压缩的稠密等离子体在扩散之前,即完成全部核反应,这就是“惯性约束聚变”。

  人类的能源从根本上说来自核聚变反应,即发生在太阳上的“轻核聚变”。人类已经在地球上实现了不可控的热核反应,即氢弹爆炸。要获得取之不尽的新能源,必须使这一反应在可控条件下持续地进行。为实现这一理想,科学家们用托卡马克装置开展“磁约束聚变”的研究。另一条技术路线于20世纪60年代初提出。它的基本原理是把强大的激光束聚焦到热核材料制成的微型靶丸上,在瞬间产生极高的高温和极大的压力,被高度压缩的稠密等离子体在扩散之前,即完成全部核反应,这就是“惯性约束聚变”(ICF)。一些国家的实验室已经在这类激光装置上作了大量的基础研究工作。美国、法国等已着手建造更大规模的巨型激光器,期望实现激光热核“点火”。

激光核聚变示意图

  神光装置是我国自行研制的高性能高功率钕玻璃激光装置,现在已经发展到神光Ⅱ阶段。

  神光Ⅱ装置建于上个世纪90年代,是当前我国规模最大、国际上为数不多的高性能高功率钕玻璃激光装置。它在规模上处于世界上正在运行的同类装置的第四位,2000年运行以来性能稳定,光束质量及运行输出指标要求已与当今国际高水平的大型激光驱动器光束输出质量水平相当,具备了高水平运行的综合技术能力。该装置上进行的物理实验已取得一系列阶段性重大成果,其中惯性约束聚变直接驱动打靶,获得单发4×10中子,是国际同类装置获中子产额的最好水平,为我国惯性约束聚变研究做出了重大贡献。

  神光Ⅱ为我国惯性约束聚变、X光激光、材料在极高压状态下的参数测量等前沿领域开展科学研究提供不可替代实验手段,是该领域的重要实验平台。

  它的建成并投入运行,标志着我国大型强激光和激光核聚变研究跨上一个新台阶,跻身于世界前五强,对提高综合国力具有重要意义。超强超短激光技术,是在1000万亿分之几秒的超短瞬间,产生相当于全世界电网数倍功率的超强激光,这是上个世纪90年代以来强激光技术伴随着现代科学发展产生的一项尖端高新技术。这项高新技术,可以揭示物质和化学反应过程中快速演变的科学奥秘,同时也可以模拟出只有在天体或核爆炸过程中才可能有的高压、高温、高密度的极端物理条件。更具有重大科学意义的是,开拓了激光和物质相互作用的新理论、新方法,开创了强场物理这一新的物理学发展方向,直接推动了激光与生命科学、材料学、信息科学等前沿交叉领域的学科发展。

神光Ⅱ大厅

  神光Ⅱ阶段性成果的推广应用不仅为即将建造的下一代激光装置提供极为宝贵的科学技术经验,而且带动了我国材料科学(激光玻璃、激光晶体、非线性晶体)、精密光学加工与检验(λ/10高平面度、低粗糙度、大口径光学元件研磨技术、金刚石车床飞刀切削大口径KDP晶体技术)、介质膜和化学膜层技术、高质量大口径氙灯工艺、精密机械和装校工艺及高压电能源系统、快速电子学、控制电子学、二元光学技术等相关学科或技术的跨越式发展。而这些相关学科技术在国民经济中的应用前景将是相当可观的。

  神光系列装置研究的最终目标是实现激光受控热核聚变“点火”。

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