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第6章 美国国家点火装置激光加热的温度

很多读者都听说过阿基米德用镜子烧战船的故事。当时罗马帝国的军舰要攻占希腊,城里的男人大多牺牲了,只剩下一些老人、妇女和孩子。阿基米德让众人回家把镜子都拿来,聚集起上千面镜子,将反射的阳光集中对准到敌船上的一点,很快就燃起火来,烧掉了罗马战船。

这种用镜子反射光来点火的办法到今天还在使用,而且科学家将其用在最先进的核聚变反应装置上。

要使两个原子核聚合到一起产生聚变反应,首先需要克服它们之间的静电排斥力,必须从外界提供足够的能量。为此科学家们想了很多办法,其中最简单的方法就是直接将原子加热到极高的温度。

前苏联科学家巴索夫在1963年首次提出用激光引发聚变的建议,即先将聚变燃料制成很多直径1mm的靶丸,然后送进靶室,利用激光脉冲产生的超高温度使靶丸发生热核聚变反应。虽然每个靶丸释放的能量比春节晚上放的鞭炮爆炸力大不了多少,但如果在1s内连续引爆成千上万个这样的靶丸,加在一起就是不小的能量。

1968年,前苏联科学家首次采用这种方法,使得个别氚氚原子核发生聚变。但后来发现,要使聚变达到实用程度,所需激光能量必须达到几千万焦耳以上,比全世界所有电站发出的电能还要高数十倍,这显然不可能做到。

20世纪70年代,美国科学家尼库尔斯提出新的理论,认为要使激光聚变达到点火条件,除了提高激光的能量外,还要精确控制激光的照射方式,在10亿分之几秒的过程中完成一系列的点火步骤,用这种方法只需几万焦耳的激光能量就够了。此后,各国科学家重新开展了以点火为目标的激光实验。

中国自20世纪70年代开始此项研究,先后建成“神光”和“神光Ⅱ”激光装置,其中“神光Ⅱ”由激光器、激光自动准直系统、激光靶室、激光储能供电系统等组成。科学家效仿阿基米德镜子反射光的办法,通过很多玻璃镜的来回反射,将一束功率很强的X激光分成8束,然后让它们在同一时刻集中照射在靶上,在十亿分之一秒的时间内共输出6000J的能量。

目前世界上最大的激光聚变装置是位于美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的“国家点火装置”,它使用了3000块玻璃镜,使一束激光通过反射先分成8束,再分成48束,然后又分成192束,在这一过程中使激光的能量放大了1万倍,最后让所有激光束聚焦在很小的靶上,在十亿分之三秒的时间内发射出人类有史以来最强的激光,总能量达180万J,相当于美国所有电站所发电能的500多倍,能够将把氚氚制成的靶丸瞬时加热到1亿℃,压力超过1000亿个大气压,引发聚变反应。

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