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直接驱动实验进展给激光惯性约束核聚变带来新曙光

2016-10-25 08:44
络遇
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  核聚变是未来清洁能源的希望所在,科学家正试图利用激光聚变技术,把海水中丰富的同位素氘、氚转化为取之不尽的能源,但是实现可控核聚变极为困难。近日,美国罗切斯特大学在激光惯性约束核聚变(ICF)领域的新成果让奋斗在ICF道路上的科学家看到了新的希望。

  ICF的原理是在极短时间内加热和压缩微型靶丸,将靶丸中的氘-氚燃料压缩到聚变条件,使氘氚原子剧烈碰撞,产生氦原子核和中子,同时释放大量能量。ICF的实现方案包括,直接驱动、间接驱动、快点火等。

  在罗切斯特大学激光热力学实验室(LLE)的OMEGA装置上,科学家在打靶实验中观测到非常好的靶丸内爆状态。这已经将燃料压缩到点火条件需求的一半状态。能得到这样的结果得力于许多技术提升。其中一项是60束激光的瞄准技术,现在可以使辐照更加均匀。

图 激光直接驱动惯性约束核聚变方案示意图,该方案是用激光直接轰击靶丸

  说到这里,就不得不提一下美国的国家点火装置(NIF)。近年来,美国基于NIF开展了激光间接驱动中心点火物理实验,取得了引人瞩目的成就,但聚变点火的前景并不乐观。

图  激光间接驱动惯性约束核聚变方案示意图,该方案是先将激光能量转换为X射线,用X射线轰击靶丸。

  如果LLE的实验状态在NIF上复现并等比放大,将产生5倍于NIF保持的激光聚变记录能量,即产生100 kJ的聚变能量。

  在这一令人振奋的实验结果背后,值得思考的是,ICF实验条件苛刻,影响因素繁多,就能量的等比放大来说,实现的概率有多大也很难预料。毕竟当年NIF就是利用NOVA激光装置的成熟技术建立起来的,结果与预期却相差甚远。但实验结果还是给了那些对ICF寄予厚望的人们以莫大的鼓励。

  在国内,位于中科院上海光机所的高功率激光物理联合实验室作为我国ICF研究核心单位之一,在激光聚变方面进行了深入、长期的研究。在2015年高功率激光物理联合实验室学术委员会的会议上,实验室学术委员会建议 “开展直接驱动和探索性综合物理实验等与点火物理相关的基础研究”。

图  神光II激光装置靶室

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