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盘点:世界上那些前沿的激光核聚变装置-中国光学期刊网
盘点 :
世界上那些前沿的激光核聚变装置
■ 编辑部整理
太阳的巨大能量来源于 “聚变反应”:即两个 零热涨冷缩。所有机械都追求完美,许多10 t 重的
氘核在高温高压下聚合成一个氦核并释放出携带动 设备必须安放在100 μm 的误差范围内。
能的中子。氢弹的爆炸是人类实现聚变反应的一个 NIF 耗资35 亿美元。但是这一装置的建成并
例证,但是其破坏性强,并且不可控制,于是人类 非意味着激光聚变的实现。NIF 至今都未能实现输
开始寻求其他方法希望能够实现可控条件下有序地 出功率大于输入功率。美国能源部近日承认难以实
释放聚变能。 现点火,并表示支持另一个聚变项目——ITER。
虽然人类对激光核聚变研究的兴趣并不完全在 可见NIF 未来前景堪忧。
于创造出类似人造小太阳,并获取那些取之不尽的 NIF 的实验过程为:先将外部 (种子)激光增
能源,而是出自军事目的,但是一些高大上的激光 强10000 倍,然后将一束激光分离为48 束激光,
核聚变装置却因此如雨后春笋般争先尽出。有些已 再增强,进一步分离为192 束激光,其总能量增
经退役,有些仍在运行,其中全球运行的、在建的 加到原来能量的3000 万亿倍,再聚焦到直径为
和计划建设的拍瓦装置共有50 多家。本期盘点了 3 mm 的氘氚小丸上,产生1 亿度的高温,压力超
部分激光核聚变装置,让我们一起目睹下它们的风 过1000 亿个大气压,进而引发核聚变。每束激光
采吧。 发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180 万焦耳能
量的脉冲紫外光——这些能量是美国所有电站产生
NIF 的电能的500 倍还多。当这些脉冲撞击到目标反
为实现激光核聚变,美国在加州的利弗莫尔国 应室上,它们将产生X 光。这些X光会集中于位于
家实验室 (LLNL )建成了国家点火装置 (National 反应室中心装满重氢燃料的一个塑料封壳上。X 光
Ignition Facility ,简称NIF )。 将把燃料加热到一亿度,并施加足够的压力使重氢
NIF 自1994 年启动以来延期了很多次,并最 核生聚变反应。释放的能量将是输入能量的15 倍
终在2010 年开始了正式的点火实验。运作整套 还多。这是因为激光在镜面之间来回反射,并通过
NIF 必须启动60,000 具各种高科技装置,包含电路、
高压电、光学、机械构造、自动透镜、能量感应器、
监视器、激光和一套电脑诊断安全系统。完成这项
创举除了大量借助电脑化自动控制,还依赖大量有
经验的政府与厂商人员得以达成。在长达一公里的
厂房里,设备最终要让192 束激光在十亿分之一秒
同时发射击中铅笔头大小的燃料球,误差不能超过
30 ps。 (图片来源 :WIKIPEDIA )
NIF 的准确度必须像在旧金山投球射中 NIF 基础平面图。激光产生器在 中间偏右。左上方则是光学
560 km 外的洛杉矶的一个篮框。要达到这准确度, 玻璃组件 ,经 由蓝色管线进到上方扩大器 (紫色 )几层强
化后纯净的光束进入红色的汇总器达到银色球体 内。整个
NIF 的激光装置至关重要,整套设备必须零震动和 NIF 有 3 个足球场大。
33
3000 块磷酸盐玻璃,其中的钕原子会使激光束扩
大。利弗莫尔有850 名科学家和工程师。另外大约
有100 名物理学家在那里设计实验。NIF 的问题是
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