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不做美国的影子:法国建激光核聚变反应实验室

发布时间:2019-06-29 02:13 来源:未知 编辑:admin

  法国激光器:不做美国的影子 欧洲欲借新型核聚变装置另辟蹊径 在核聚变领域一直处于下风的欧洲可能也会因此变得扬眉吐气。 对于任何一个熟悉激光核聚变的研究人员来说,参观兆焦耳激光器(Laser M&e

  他们的项目计划包括一些与NIF的策略存在巨大差异的地方。比如:他们已经获得了一项计划安装在LMJ装置上的单独的激光资助项目,可以提供NIF所难以匹敌的时间更短、强度更大的激光脉冲。这项叫作“PETawatt Aquitaine Laser”(以下简称PETAL)的项目可以产生达到3.5千焦耳能量的相对温和的脉冲。但是这些能量将在百万分之一秒内被压缩,并产生超过千兆瓦的能量(是LMJ脉冲的100倍)。PETAL的激光脉冲将不会分解并传向各个方向;它们将来自于一个方向,并设定好时间与主要激光器的脉冲发生碰撞。在实验中,它们将会提供瞬间突然迸发出的能量。

  把PETAL和LMJ相结合的实验将模拟恒星以及其他天体内部发生的过程。研究人员还将使用强大的激光冲击给质子加速该方法可以产生治疗癌症的紧凑型加速器。让激光核聚变研究人员兴奋的是来自PETAL的短促、急剧爆炸的前景,它可以作为核聚变反应的火花塞。

  他们期望这样使用PETAL可以让IFE研究人员避免NIF曾经遇到的一些障碍。IFE任何项目的关键元素都是燃料胶囊 一种大小与干胡椒相仿的用来盛放冷冻氘和氚(氢的同位素,是核聚变的燃料)的塑料球体。这种被放在反应室中央的塑料胶囊被来自激光脉冲的极高温气化后,会产生一种向内破裂的力量,把燃料挤压到铅密度的100倍,并将其加热到1亿开尔文摄氏度,这一温度足以为核聚变点火。

  在NIF与LMJ的武器研究实验中,研究人员通过把燃料胶囊包裹在一个金属壳中间接向内引爆胶囊,这种金属壳可以通过激光加热,反过来再用X光炸裂胶囊。这种方法具有一些优势,它可以使激光束的瑕疵变得平滑,而且X光在向内爆破过程中比紫外线更具优势,但是它却使目标变得复杂与昂贵,这不是科学家想要的产生能量的方式。NIF研究人员也曾努力让这一方式发挥作用,但能量在转化成X光的过程中丢失了,而且向内爆破进展得也不顺利。

  IEF武器实验室外的研究人员想通过不同的方式解决问题。通过清除掉金属壳,并把激光束直接对准胶囊,可以避免复杂性以及把紫外线转化成X光时的能量丢失。为了得到平滑、对称的向内爆破,很多科学家建议以较慢的速度推动这一过程。但这样一来压缩燃料又不能加热到足够高的温度让核燃料自行运转;仍需要另外的点火装置启动聚变堆。

  一种可能解决的办法是快速点火,日本大阪大学是该领域的先驱,该方法是利用快速、高能量激光脉冲来点火PETAL可以制造这种脉冲。过去十年,IFE研究人员提出了建设一个以快速点火为基础的示范性IFE反应堆“HiPER”。然而,由于NIF远未达到点火的能力,该计划就没有了动力,但其支持者希望通过LMJPETAL组合给予其新动力。

  近日在功率相对较低的装置上的实验已经表明,PETAL或许不能发出猛烈一击来触发快速点火。但纽约罗切斯特大学引导的另一项选择或许可以挽救困局。这种名为“冲击点火”的技术像其他技术一样,也是用来自主激光器的激光脉冲挤压燃料胶囊。但是在挤压最后,激光会突然增加能量,产生一种冲击波,并传递至燃料中心。当冲击波抵达反应堆中央时,突然增加的压力可以激活反应堆。“通过Omega装置(罗切斯特大学的激光器)所做的实验和其他地方的一些实验都很鼓舞人心,在这个阶段(冲击点火)所需要的激光条件看起来比快速点火更有前景。”英国中央激光研究所核聚变研究人员Chris Edwards说。

  在通过LMJ-PETAL装置实现核聚变能的过程中,研究人员还面临来自社会与政界的挑战。欧洲的IFE科学圈相对较小,此前并未经历过规模如此大的装置或武器安全实验室类的项目。“单是LMJ看起来似乎就像一座沙漠中的教堂。”Batani说,“研究人员对它很感兴趣,但是同时持怀疑态度。很多人不相信它是有助于科研的工具。”而且CEA还需要克服其不情愿与学术界研究人员分享模拟代码的问题,他们害怕这样做可能会帮助“流氓国家”研究热核武器。Batani说,“我们需要可靠的模拟实验,但却没有开放的代码。”而且欧洲传统上聚焦于另一种不同的研究方法磁约束核聚变,这种方法也有其代表性装置:即在法国卡达拉奇正在建设的花费数十亿欧元的国际热核实验反应堆(ITER)。

  “如果LMJ的冲击点火方法可行,政治家的态度就会变得更加积极。” Batani说。而在核聚变领域一直处于下风的欧洲可能也会因此变得扬眉吐气。(冯丽妃)

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