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做和世界最大激光器完成点火离核聚变更近一步

发布时间:2021-09-19 20:57:48 阅读: 来源:打胶机厂家

世界最大激光器完成点火 离核聚变更近一步

可控的核聚变主流实验方法:一是将核燃料放置在强磁场中,用微波或电磁束加热;一是像NIF这样,用高能量激光束聚焦到核燃料上。现在很难说哪一条路更有希望让人类掌握核聚变技术。

可控的核聚变主流实验方法:一是将核燃料放置在强磁场中,用微波或电磁束加热;一是像NIF这样,用高能量激光束聚焦到核燃料上。现在很难说哪一条路更有希望让人类掌握核聚变技术。

据国外媒体7月16道,世界上最大的激光器 美国国家点火装置(NIF)日前在美国加利福尼亚州完成点火试验。这次试验的成功意义非凡,它不仅是人类历史上威力最大的一次激光脉冲发射,也是人类在核聚变探索之路上的一座里程碑。

当地时间7月5日,位于美国加州劳伦斯 利弗莫尔国家实验室的激光型核聚变装置,即NIF创造了破纪录的激光发射峰值功率和能量输出。NIF的激光系统激发了192束紫外线激光脉冲,释放出超过500万亿瓦特电能的峰值功率和1.85兆焦耳的紫外激光能量,峰值功率是目前同瞬间段美国全国电能消耗总和的1000倍以上,而紫外激光能量值是当今世界上任何一个激光束能量的100倍。

NIF承载核聚变应用的希望

NIF自2009年5月落成以来,一直无人能挑战其世界上最大激光聚变装置的身份。它能产生类似于恒星内核的聚变条件,最初的设计目的是让美国在无需核试验的情况下依旧保持核威慑力。但在用于军事其中涉化工新材料类占6成以上及探秘宇宙天体以外,它也肩负了人类追寻清洁能源的伟大梦想。NIF利用超高能量的紫外激光聚焦于极小的氢燃料球上,有望让人类取得近乎 取之不尽用之不竭 的核聚变能源。

因此在清洁、润滑等条件符合时

2010年10月,NIF完成了其首次综合点火试验,激光系统向低温靶室发射了1兆焦耳激光能量,这种规模已经是当时位列世界第二的罗切斯特大学激光试验所达能量的30倍之多。

而在2012年3月15日进行的点火试验再次打破纪录。第一次成功创造了1.8兆焦耳的能量和411万亿瓦特的峰值功率。在试验中,2.03兆焦耳的激光在经过光学损耗后,射于靶室正中心为1.875兆焦,激光部件的损坏小于模型测试,且激光器在36小时之后又可以再次发射出创纪录的一击。不过,本次试验只是证明性测试,目标靶室是空的,但究其意义仍不失为核聚变探索之路上的一座里程碑。

在7月3日,科学家们取得1.89兆焦耳的记录和423万亿瓦特的峰值功率。在7月5日的点火试验中是第三次进行类似的试验,聚焦目标靶的总能量达到了1.85兆焦耳和500万亿瓦特的峰值功率。NIF目前正处于前所未有的良好工作状态中。

根据NIF负责人爱德华 摩西介绍: NIF在二十多年前还仅是科学家们的构想,目前已经开始全面运作,科学家们正在朝实现点火、提供基本科学研究以及清洁核聚变能量的方向前进。

NIF创造核聚变的空前纪录

NIF的高能量激光脉冲创造了核聚变装置的空前纪录。麻省理工学院高能量密度物理部的负责人高级研究科学家理查德 彼得拉索博士认为: NIF的科学家们使用激光释放的500万亿瓦特峰值功率是个了不起的成就,在实验室中创造了前所未有的只存在于恒星内部的聚变条件。这对于全美乃至全世界各地的科学家来说,像我们这样积极追求在极端条件下的基础科学研究和实验室聚变点火目标,是一项非同凡响和令人振奋的成就。

在试验中,NIF将192条激光束在230亿分之一秒的时间内集中于仅2毫米直径的目标上。当这些脉冲撞击到目标反应室上会产生紫外线激光脉冲,激光脉冲会集中于反应室中心装满氢聚变燃料的塑料封壳上。NIF的科学家估计,紫外线激光脉冲将把燃料加热到一亿度,并施加足够的压力使氢聚变燃料发生反应,释放的能量将是输入能量的15倍以上。

NIF前置的放大器是实现增加激光束能量的第一步,可确保以精确的路径通向靶室。当科学家们在上世纪九十年代计划打造世界上最强大的激光装置时,激光射击验证是一个极具挑战性的激光性能指标设置。结合能量水平与峰值功率聚焦在一个目标上的技术是NIF实现物理学重大挑战的关键性能要求:点燃实验室氢聚变燃料和产生更多能量。

此外,激光束之间的一致性控制在一个百分点,在这样的精度前提下3.实验材料的拉力范围,NIF不仅拥有最高能量的激光束,也是最精确的,并可重复再现的。

加州大学伯克利分校的天文学和地球与行星科学家雷蒙德 简洛兹教授表示: NIF以世界上最令人难以置信的方式精确控制激光束,其取得500万亿瓦特峰值功率是令人惊叹的里程碑,其成就是相当显著的。这一突破性的成果将为我们研究在极端条件下材料的性能提供了一个新的契机。

科学家称,在未来两年内将让这192束激光朝氢燃料球开火,从而真正实现点火。同时,科学家将把这192束激光聚焦到1毫米的氢靶丸上,产生更大的能量。此外,科学家们还开发出相关内部程序,减轻了由多次激光发射造成的损害。

各强国核聚变技术研究进展

NIF试验影响了多个国家的巨型激光设施的新建或计划,其中包括英国、法国、俄罗斯、日本和中国。

受到NIF的刺激,英国计划在未来的20年内建造全球首座核聚变发电站,并在2030年左右让核聚变电站生产的电力并入电,相应的科研和建设计划已制定完毕,即高能激光项目(Hiper)。Hiper其实数年前便已拟好,但由于可控核聚变技术多年来难有突破,该项目一直处于冻结状态。英国研究理事会此前提出 所有技术障碍已基本移除 ,甚至已经为这座未来的核聚变电站选好了建设地址,牛津郡迪考特地区,并称 核聚变将在未来全球的能源体系中占据举足轻重的地位,英国不可以袖手旁观 。

在法国兆焦激光器(LMJ)和欧盟超强激光构造计划(ELI)的先后启动后,俄罗斯在2012年2月宣布,将建造世界上功率最大的激光装置,地点可能选在下诺夫哥罗德州的萨罗夫科技园附近。俄实验物理研究所科研负责人拉季 伊利卡耶夫说: 美国已经拥有大功率激光装置,法国很快也将建成此类装置,俄罗斯虽然起步较晚,但我们的装置将是全世界最好的。

据我国国家863计划惯性约束聚变(ICF)主题专家组原首席科学家贺贤土介绍,我国ICF点火研究采取的是一种从万焦耳级到十万焦耳级,再到百万焦耳级的循序渐进的路线图,即在近期万焦耳级激光器研究基础上,到2014年左右进入激光能量20到40万焦耳神光Ⅲ平台研究。经过这一中间平台对靶物理进行充分研究,然后外推到激光能量约为神光Ⅲ能量4到5倍的神光Ⅳ上进行ICF研究和点火演示,可以减少风险。据悉,神光Ⅲ装置设计是48束激光,2012年1月已出第一束激光,预计年内可安装完16束,计划2014年全部出光运行,进行物理实验。

然而,NIF项目也并非没有争议:它与美国的一些武器研制项目有关,核聚变技术同样可用于制造氢弹;其也同 美国库存照管计划 有合作,主要用于确保美国老旧核武器的安全可靠。绿色和平组织等环保团体声称,核聚变研究占用了原本应该属于风能和波浪能等成熟可靠的清洁能源技术的研究资金。

① 直径达10米的靶室于1999年6月安装,重达13.7万千克。靶室从建设到投入使用一共花了近15年的时间。美国能源部部长朱棣文和加州州长阿诺 施瓦辛格出席了靶室的开启仪式。施瓦辛格曾说,这一装置将 彻底变革我们未来的能源格局 。电子拉力实验机的安装方法:

② 科学家利用一个独立的便携式洁净室运输和安置能量放大器和其他元件,这个洁净室就像用来装配微芯片的小室。每个能量放大器都被安装在洁净室附近,然后利用遥控运输机把它们运输到梁线所在处。

③ 为激光器的7680个闪光灯提供电能的超过160公里的高压电缆。

④ NIF中 氘-氚靶丸 和盛放靶丸的镀金辐射腔。

⑤ NIF的终端光学检查系统。科学家利用世界上最强激光产生的192道光束直接照射在冰冻的氢原子珠上,激发了一次持续十亿分之五秒的猛烈爆炸。

⑥ 这个铍球包含放射性氢同位素、氘和氚。科学家将利用这个系统的192个激光器产生的紫外射线轰击它。核子熔合的关键是有足够的能量把两个核子熔合在一起,在这项实验中用的是氢核子。由于把两个核子分开的斥力非常强,因此这项任务需要利用极其复杂的工程学和特别多的能量。

⑦ NIF的靶室内部,192束激光将聚焦在这里的小小氘-氚靶丸上。

⑧ NIF不仅有世界上最强的激光,也有世界上最大的光学仪器。这是磷酸二氢钾晶体,重达360千克,是激光器的主要部分。应用新的方法,生成这么一大块晶体只需要两个月时间,而传统的方法则需要两年。每块晶体被切成边长40厘米的方形晶片,整个NIF需要600个这样的晶片。

⑨ NIF的靶室。这个巨型装置坐落在加州的一个特大实验室里,它利用激光将微小的氢原子转变为热核反应的能量。大约要经过12个月,装置才能逐渐达到全功率运转的状态,不过相关实验还要继续进行,直到2040年左右。(。

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