2010年10月，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員啟動(dòng)了192束激光束，并將它們的能量集中成一個(gè)脈沖。為此，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)開(kāi)始了一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：通過(guò)點(diǎn)燃聚變反應(yīng)產(chǎn)生比激光注入還要多的能量。10年過(guò)去了，經(jīng)過(guò)近3000次發(fā)射，NIF研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)接近一個(gè)重要的里程碑——“燃燒等離子體”——聚變?nèi)紵怯煞磻?yīng)本身的熱量維持的，而不是激光能量的輸入。
在美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置的目標(biāo)艙內(nèi)，192束激光束集中在花椒大小的聚變?nèi)剂闲緣K上。圖片來(lái)源：LAWRENCE LIVERMORE NATIonAL LABORATORY
自熱的關(guān)鍵是燃燒所有的燃料和獲得失控的能量增益。負(fù)責(zé)勞倫斯利弗莫爾核聚變項(xiàng)目的Mark Herrmann表示，模擬試驗(yàn)表明，一旦NIF達(dá)到閾值，它將更容易點(diǎn)火。英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院慣性聚變研究中心副主任Steven Rose表示，他們正在擺脫傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，開(kāi)始嘗試新事物。
長(zhǎng)期以來(lái)，核聚變一直被認(rèn)為是一種無(wú)碳能源，它以現(xiàn)成的氫同位素為燃料，不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期存在的放射性物質(zhì)，但這仍然是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。
NIF和其他慣性聚變裝置不同，它更像一個(gè)內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)小型燃料芯塊的快速爆炸產(chǎn)生能量。點(diǎn)火試驗(yàn)的前3年里，每一次發(fā)射只產(chǎn)生約1千焦的能量，低于x射線脈沖注入膠囊的21千焦能量，也遠(yuǎn)低于最初激光脈沖的1.8兆焦能量。
點(diǎn)火失敗后，NIF研究人員加強(qiáng)了診斷儀器，增加了更多的中子探測(cè)器，以便從三維角度看到核聚變反應(yīng)發(fā)生的地方。他們還調(diào)整了四束激光，在內(nèi)爆后瞬間產(chǎn)生高功率、超短脈沖，以蒸發(fā)目標(biāo)附近的細(xì)導(dǎo)線。這些導(dǎo)線就像一個(gè)x射線閃光燈，能夠在燃料壓縮時(shí)探測(cè)到它。
研究人員用更敏銳的視覺(jué)追蹤到了爆炸燃料丸的能量泄漏。其中一個(gè)發(fā)生在發(fā)射前，一根細(xì)管向太空艙注入燃料的地方，其他泄漏可以追溯到膠囊的塑料外殼。因此，研究人員改進(jìn)了制造工藝，以消除缺陷。美國(guó)羅徹斯特大學(xué)激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室Mingsheng Wei表示，這種改進(jìn)后的診斷方法“確實(shí)能幫助科學(xué)家了解需要改進(jìn)哪些方面”。
經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)完善，NIF已多次達(dá)到接近60千焦的產(chǎn)量。但是Herrmann表示，最近美國(guó)物理學(xué)會(huì)等離子物理分會(huì)討論的一個(gè)例子已經(jīng)超過(guò)了這個(gè)數(shù)字，預(yù)計(jì)將在100千焦左右。 Herrmann認(rèn)為，團(tuán)隊(duì)還需要嘗試更多的技術(shù)，每一種技術(shù)都可以將溫度和壓力提高到足以維持等離子體燃燒和點(diǎn)火的水平。如果還不夠，那下一個(gè)選擇將是提高激光能量。NIF研究人員已經(jīng)對(duì)其中四個(gè)束線進(jìn)行了升級(jí)測(cè)試，并成功地獲得了能量提升，如果升級(jí)應(yīng)用到所有束線上，將使整個(gè)設(shè)備接近3兆焦耳。
當(dāng)然，這些升級(jí)需要時(shí)間和資金。NIF和其他核聚變科學(xué)家正在焦急地等待美國(guó)國(guó)家核安全管理局的審查結(jié)論。Herrmann表示，將盡其所能推進(jìn)NIF。
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