在一份最新的报道中披露，用激光产生聚变能的主要障碍已被扫清，这可能预示着一个大规模能源生产新时代的到来

 

NIF实验将192道高能激光束聚焦到一个极小的靶标上

 

　　“受控核聚变能产生如同太阳内部的环境，这一目标很久以来就被认为可能是一项根本性的能源革命。但是，在将强大的激光用于聚变能时，还存在一些疑惑，因为由激光所产生的“等离子体”会阻断聚变的进行。而《科学》杂志上的一篇文章认为，等离子体问题还远不是我们所面对的全部问题。”
 
　　以上这段文字，是在美国国家点火装置(National Ignition Facility，简称NIF)使用其全部192道激光束进行的首次实验后写下的。在那段时间内，该实验打破了由一台激光器产生的最高能量记录――达到20倍之举。
 

恒星能量

　　NIF的建设于1997年在劳伦斯利弗莫尔国家实验室开始的，并于2009年5月最终完工。其目标正如它的名称所蕴涵的，是利用有史以来最大的激光能量“点火”――事实上这是一次精心设计的受控高热核反应实验。
 
　　惯性约束聚变
 
　　●192道激光束通过小孔聚焦到被称为黑体辐射空腔的靶标容器上
 
　　●黑体辐射空腔的内部是一个极小的、封装着氢同位素固态混合物的小球
 
　　●激光束撞击空腔的腔壁，而腔壁则反过来辐射X射线
 
　　●X射线从燃料球芯块的外壳剥离物质，将其加热到数百万度
 
　　●如果燃料压缩的足够高和均衡，就能产生核聚变
 
　　显然，惯性约束聚变不同于目前的通过分解原子来产生裂变，而是在聚变中将它们相互挤压――证明了这样一个基于实验室的聚变反应释放出的能量超过启动时所需的能量(即增加的部分大于所谓的收支平衡点)，可能预示着一个大规模能源生产新时代的到来。
 
　　NIF项目采用了名为惯性约束聚变的方案，靶标则是一个厘米量级的称做黑体辐射空腔的金制圆柱体，包含一个由氢同位素氘制作的极小的燃料球。
 
　　在历时30年的有关激光聚变的讨论中，处理中的潜在障碍一直是激光将在空腔中产生的“等离子体”。忧虑之处在于，如同一锅滚烫的带电粒子的等离子体，会妨碍靶标吸收激光能量及其均衡地送入燃料，包括妨碍能量压缩以及引发点火的功能。
 
　　西格弗里德·格兰泽(Siegfried Glenzer)是NIF的等离子体科学家，他领导着一个团队在实验中检验该理论，取得了一系列打破记录的成果。“我们用669千焦耳能量来轰击靶标，比以往任何一种激光设备要强20倍，”格兰泽博士告诉《BBC News》记者。
 
　　这并不意味着需要很多能量；也就是大约足以把一升水烧开两次以上而已。然而，格兰泽团队以脉冲形式提交的能量持续时间只比亿分之一秒多一点。相比之下，如果这样的能量可以持续，则它在一秒钟里能煮沸超过50个奥运会游泳池的水。
 

“戏剧性的一步”

　　至关重要的是，最近的实验证明，等离子体没有降低黑体辐射空腔吸收入射激光的能力；它吸收了约95%的能量。而更为重要的是，格兰泽的团队发现，如果在操纵等离子体的过程中再细致些，实际上可以提高能量压缩的均衡度。
 
　　“在激光聚变50年的发展历程里，这还是第一次。激光-等离子体间的相互关系已证明，其问题要比预期的少，而不是比预期的多，”麦克·唐恩(Mike Dunne)说。唐恩是欧洲HiPER激光聚变项目的领头人和英国中央激光设备(UK's Central Laser Facility)项目的主管。“我不能将此吹嘘为是多么具有戏剧性的一步，”他说，事实上“许多人一年前还说这个项目马上就要垮台。”
 
　　NIF还在不断增加点火所需的能量，劳伦斯利弗莫尔国家实验室不久前宣布，自《科学》杂志公布首次得到的结果以来，峰值能量的记录一再被打破。现在他们报告说靶标上的能量已达1兆焦耳，相当于《科学》报道的总量的2倍。计算表明，约1.2兆焦耳的能量就足以点火，而目前NIF已能达到1.8兆焦耳。
 
　　格兰泽说，将在今年5月份之前开始采用略大点的空腔，并加装融合好的燃料颗粒(包括氢同位素氘和氚的混合)，以逐步提高能量，达到1.2 兆焦耳的指标。“我们的最低目标是：能在今年计划进行的实验中推断这些数据，并根据结果将腔室送去点火。”
 
　　但在这些实验真正开始之前，靶标的空腔必须事先备好防护罩，以便能阻隔会大量产生聚变反应的中子。格兰泽博士确信，一切都在有条不紊地进行，点火指日可待，“年内就将实现。”
 

资料来源 BBC News

责任编辑 则 鸣