惯性约束核聚变激光打靶点火装置
1992年7月,克林顿总统宣布美国延期暂停核试验,同时责成能源部探索在不进行地下核试验的情况下确保美国核弹头先进、可靠和保密的其他途径。1994财政年度,国防管理法规要求能源部提交一项有关美国核武器核心知识和技术资料安全管理的计划。1994年11月,被称为“国家点火设施”的激光核聚变计划正式签发,同时得到能源部“惯性约束核聚变”顾问委员会的赞同,并于1996年的国会预算中获得0.61亿美元的拨款。
国家点火设施采用192束351纳米波长的激光,总能量为1.8兆焦。诺瓦聚变激光器的诞生地——劳伦斯国家实验室被认为是国家点火设施最合适的选址。当时计划1997年春开始建造,并希望于2002年晚些时候建成使用,总预算为10.74亿美元。
自1986年以来,一个被称为“太阳神”的激光核聚变装置就在法国开始运转。
太阳神由美国劳伦斯国家实验室工程设计,该实验室和法国里梅尔小组共同建造。因“师出同门”,系统与诺瓦颇为相似,以钕玻璃激光器为基础,3倍频后在351纳米处产生脉宽1纳秒的脉冲,但脉冲能量只有8千焦。
1994年,法国原子能委员会和美国能源部签署了一项美法共享兆焦级激光研究成果的双边协议。1995年5月,法国政府宣布,它将在波尔多市附近建造一个自己的系统。该系统与美国的国家点火设施类似,采用波长351纳米的3倍频钕玻璃激光器,60组共240束(每组4束)激光,总脉冲能量为1.8兆焦。原计划也是1997年初开始建造,预计6~8年建成,耗资12亿美元。
惯性约束核聚变研究工作的三要素是,极高功率的激光系统,激光照射目标(靶)的物理特性及诊断设备。
我国于80年代较早时候研制成功国内当时功率最高的钕玻璃固体激光器,即被称为“神光Ⅰ号”的装置。1986年和1990年,在该装置上先后进行了直接驱动和间接驱动热核聚变实验,它标志着我国在该领域已进入世界先进行列。
1993年,经国务院批准,惯性约束核聚变研究在国家863高技术计划中正式立项。从而推动了我国这一领域工作在上述三个方面更迅速地发展。首先表现在,由中国科学院和中国工程物理研究院联合研制的功率更高的神光Ⅱ号固体激光器问世,它在国际上首次采用多项先进技术,将成为我国第九个和第十个五年计划期间进行惯性约束核聚变研究的主要驱动装置。与此同时,曾为我国在这一领域的研究与发展立下汗马功劳的神光Ⅰ号于1994年光荣退役;另一方面,比神光Ⅱ号技术更先进、规模更大的新一代固体激光器的设计工作已经开始,有关的多项单元技术已取得显著进展,一些重要技术达到国际水平。此外,作为另一种可能的驱动源,氟化氪准分子激光器的研究也取得重大进展。
在靶物理研究方面,建立了很多理论模型,进行了大量数值模拟,在神光装置和星光装置上所进行的物理基础研究,对激光与靶耦合、辐射场与高温高压等离子体特性、内爆动力学和流体力学不稳定性、热核点火和增益燃烧等物理规律进行了系统研究,获得了对靶物理规律较系统和深入的认识。
诊断设备方面,在原有基础上积极研制、开发和引进一批高精度的仪器,对物理测量起到了十分重要的作用。
可以期望,我国激光领域的广大科技工作者将发扬艰苦奋斗的精神,最终实现惯性约束核聚变的点火燃烧,建成聚变核电站,为我国经济发展和人民生活提供最理想的能源。
日本目前正在运转的有代表性的装置是大阪大学激光核聚变研究中心建造的“新激光Ⅻ”系统。
随着最近拍瓦(l拍瓦=10 15瓦)激光器的迅速发展,该中心正在研究一种“高速点火”方法,其目标是力争在21世纪初实现点火、燃烧和高增益化。
