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新官上任 美国超级激光器项目能否“涅槃重生”

  国家点火装置建设和试运转完成后,2010年将开始进行正式点火实验。调试工作包括进行一系列优化和测试实验,以获取点火实验所必需的关键激光参数和点火靶参数。这些调试工作将在第一次点火打靶前完成。点火实验对靶工作性能的要求主要体现在:力能学性能、对称性,激波时序以及靶丸流体动力学。作为国家点火攻关项目的一部分,有关上述关键环节调试工作的详细计划和理论模拟工作目前正在进行。调试和诊断方法的研究正在现有的若干装置上进行。其中包括美国罗切斯特大学激光能学实验室的OMEGA激光装置,桑迪亚国家实验室的Z装置和洛斯阿拉莫斯国家实验室Trident激光装置。正在开展的制靶工作由美国通用原子公司(General Atomics),劳伦斯里弗莫尔国家实验室和洛斯·阿拉莫斯实验室负责。

  进展

  劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)取得了重要进展,目前正在开展2009年完成NIF点火的筹备工作。NIF是美国国家核安全管理局(NNSA)的库存管理计划的关键环节。在受控实验室条件下,NIF将进行聚变点火和热核燃烧实验,实验结果将为NNSA提供相关武器生产条件的实验手段。这些条件对NNSA在不开展地下核试验的条件下评估并验证核武库的工作至关重要。NIF实验将研究武器效应、辐射输运、二次内爆和点火相关的物理学机理,并支持库存管理计划继续取得成功。NIF是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统,用于在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。192束矩形激光束将在30英尺的靶室中实现会聚,其中靶室内含有直径为0.44厘米的氢同位素靶丸。发生聚变反应时,温度可达到1亿度,压力超过1000亿个大气压。

  2012年7月5日,美国国家点火装置(NIF)实现了单束激光能量打破了美国的记录。

  据美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室7月12日报告,美国国家点火装置7月5日发射了192束激光,并使其融合成了一个激光脉冲,产生了500万亿瓦特峰值功率,这比美国在任何特定时刻内使用的总电量还要高1000多倍,并且是人类历史上发射的能量最大的激光脉冲。

  拥有世界上最大激光装置的NIF发出了192束经过光学放大的电磁辐射发光,所有的发射都是在几百万亿分之一秒内进行,传递了500万亿瓦特(百万兆瓦)的“峰值功率”以及1.85兆焦耳的紫外线激光。

        遭遇“滑铁卢” 点火实验未达预期效果

  在投入超过50亿兴建面积相当于露天足球场的巨型激光器后,美国能源部的核聚变点火实验并没有取得预期的效果。美国能源部寄希望于通过核聚变点火试验获得足够的能量或者模拟核爆炸的反应过程。

  最近一次的点火试验是在2012年的9月30日,但是该激光器日益增加的工艺挑战已远远超出原本的紧凑的时间表。

  美国国会正考虑该工程是否将继续下去,或者废弃,或者减慢进度以减少财政开支。

  利用激光引发核聚变反应来获得能量可追溯至数十年以前,但是利用激光核聚变研究核武器在1990年全球禁止在地下进行核爆炸试验后就显得尤为重要。

  最新的激光设备在1997年至2009年建成,称为美国国家点火工程。通过192束激光束照射装满氢原子的目标。由此产生的高压和高温是的原子与氦融合,产生热核能量爆发。但是今年的技术评审发现,科学家并没有完全清楚反应过程,以至于不能尽快的实现点火。

  劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们,通过1000多次的实验改进工艺,包括点火世界最大的激光器,开发卓越的检测仪器测试高温高压下的反应过程。虽然审计小组通过先进的技术,但是该项目仍将延后于预期。

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