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美國(guó)利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室傳出消息，成功重復(fù)去年12月份的突破性核聚變實(shí)驗(yàn)成果——即實(shí)現(xiàn)核聚變放能超過輸入激光能量。這驗(yàn)證了激光慣性約束聚變點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，意味著對(duì)點(diǎn)火物理有了深刻的認(rèn)識(shí)。
但是，我們要清醒的看到，距離建成真正的慣性約束聚變核電站還有很長(zhǎng)的路要走。一方面，聚變釋放的能量還需要大幅提升。為了產(chǎn)生約2兆焦耳的激光能量，“國(guó)家點(diǎn)火裝置”耗費(fèi)了三百多兆焦耳的電能，比聚變放能高100多倍。這意味著未來激光聚變的能量增益需要達(dá)到數(shù)百，才有可能進(jìn)行商業(yè)發(fā)電，而目前的能量增益還不到2。另一方面，實(shí)驗(yàn)的重頻率也需要大幅提高，也就是需要顯著縮短兩次實(shí)驗(yàn)的時(shí)間間隔。3-4兆焦耳的能量基本只能將約10升水從室溫加熱到沸騰，而以目前的激光技術(shù)，相鄰兩次實(shí)驗(yàn)之間往往需要間隔幾個(gè)小時(shí)，這樣導(dǎo)致平均的聚變輸出功率非常小。而大幅提高高功率激光的輸出頻率目前還存在很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
下面我主要討論三個(gè)問題：1.科普核聚變的實(shí)現(xiàn)路徑；2.核聚變技術(shù)能否申請(qǐng)專利？會(huì)不會(huì)造成壟斷；3.中國(guó)激光核聚變方面的進(jìn)展。
1. 美國(guó)利弗摩爾“國(guó)家點(diǎn)火裝置”（NIF）采用的是“間接驅(qū)動(dòng)”點(diǎn)火方式。間接驅(qū)動(dòng)方式在聚變?nèi)剂锨驓ぃɡ鋬龅碾肮腆w）外部額外增加了一個(gè)由高原子序數(shù)材料制作的圓柱形空腔，一般稱為“黑腔”。激光不直接輻照在燃料球殼上，而是輻照在黑腔的內(nèi)壁上。激光輻照黑腔內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生大量的X射線，這些X射線輻照并燒蝕燃料球殼，使球殼發(fā)生內(nèi)爆壓縮。燃料球殼在壓縮過程中通過做功將球殼內(nèi)部的氘氚氣體加熱到很高的溫度。氘氚氣體溫度會(huì)率先達(dá)到熱核聚變條件，發(fā)生聚變反應(yīng)，這部分高溫氘氚氣體通常稱為“熱斑”。利用熱斑釋放的能量繼續(xù)加熱高密度的固體氘氚球殼，最終實(shí)現(xiàn)全體燃料的聚變?nèi)紵＿@種聚變點(diǎn)火方法稱為“中心點(diǎn)火”。由于只需點(diǎn)燃熱斑這一小部分燃料，因此可以極大的降低入射激光的能量，使得激光聚變可以有凈能量輸出，具備商業(yè)發(fā)電的可能性。
間接驅(qū)動(dòng)原理示意圖
中心點(diǎn)火方式原理示意圖
2.關(guān)于核聚變技術(shù)能否申請(qǐng)專利？會(huì)不會(huì)造成壟斷？我說一下個(gè)人看法，有兩點(diǎn)，可能有錯(cuò)誤的地方，請(qǐng)大家批評(píng)指正。第一點(diǎn)，核聚變（不管是“磁約束”還是“慣性約束”）是非常龐大的系統(tǒng)工程，涉及到數(shù)不清的技術(shù)，這些技術(shù)只要不涉及國(guó)防，都是可以申請(qǐng)專利的。如果將來可以實(shí)現(xiàn)商用聚變能，那么可以肯定的說，一定會(huì)出現(xiàn)先發(fā)國(guó)家技術(shù)壟斷的情況。第二點(diǎn)，慣性約束聚變的研究，目前還沒有出現(xiàn)技術(shù)壟斷的情況，主要有兩點(diǎn)原因：（1）慣性約束聚變的研究尚處于物理原理的研究階段，大部分的研究成果屬于基本的物理規(guī)律，這部分成果是不能申請(qǐng)專利的；（2）慣性約束聚變的研究很大一部分涉及到核武器物理，其成果可以用于核武器設(shè)計(jì)，具有非常高的密級(jí)，是不會(huì)公開的，當(dāng)然也不會(huì)申請(qǐng)專利。但是，如果將來慣性約束聚變可以進(jìn)行商業(yè)發(fā)電，那么出于商業(yè)考慮，一定會(huì)申請(qǐng)專利，形成技術(shù)壟斷。
3.關(guān)于中國(guó)激光核聚變方面的進(jìn)展，中國(guó)基本可以排進(jìn)前三名。目前美國(guó)、中國(guó)和法國(guó)是世界上研究激光核聚變的主力，像“間接驅(qū)動(dòng)”方式由于和核武器的相關(guān)性非常大，只有“五常”國(guó)家才能開展研究。我國(guó)研究激光核聚變的主力是中國(guó)工程物理研究院，簡(jiǎn)稱“中物院”，是我國(guó)的核武器研制單位，以前被稱為“九院”。中物院八所（激光聚變研究中心）負(fù)責(zé)激光核聚變的實(shí)驗(yàn)研究，目前正在建設(shè)的“神光IV”激光裝置的性能可以超過美國(guó)的NIF裝置。中物院九所（北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所）負(fù)責(zé)理論和數(shù)值模擬研究。除了中物院，上海光機(jī)所也在開展激光核聚變研究。歷史上，上海光機(jī)所負(fù)責(zé)研制高功率激光裝置，中物院負(fù)責(zé)物理實(shí)驗(yàn)。后來由于涉及國(guó)防內(nèi)容太多，激光裝置建設(shè)和物理實(shí)驗(yàn)就全由中物院一肩挑了。
我國(guó)在激光核聚變方案上也有創(chuàng)新，包括賀賢土院士的“直接-間接”混合驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火方案、張杰院士的“雙錐快點(diǎn)火”方案。另外，還有彭先覺院士的“聚變-裂變”混合堆方案（這里聚變部分不是用激光驅(qū)動(dòng)，而是強(qiáng)電流產(chǎn)生的X射線，即Z-Pinch方案）。
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