近日，負(fù)責(zé)美國國家點(diǎn)火裝置（National Ignition Facility，NIF）項(xiàng)目的科學(xué)家指出，NIF中世界最高能的激光系統(tǒng)正向?qū)崿F(xiàn)能量增益的聚變反應(yīng)的目標(biāo)逐漸逼近。
7月5日，科學(xué)家用192束激光向裝有氘氚混合物的貧化鈾微型靶丸發(fā)射了1.8MJ、500TW激光能量——這是至今為止所達(dá)到的最高能量及功率。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，距激光器達(dá)到實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火所需的條件指日可待。NIF的負(fù)責(zé)人說：“此次點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)達(dá)到了前所未有的水平，這確保了激光器將在實(shí)現(xiàn)聚變的必要設(shè)計(jì)指標(biāo)下運(yùn)行。”
盡管尚未進(jìn)行點(diǎn)火演示，演示時(shí)間也并未確定。但據(jù)加州NIF設(shè)施的官員稱，他們已完成了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所需進(jìn)程的75%。
“我們所收集的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料表明，我們離實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的目標(biāo)已經(jīng)近在咫尺，且并未發(fā)現(xiàn)影響點(diǎn)火的關(guān)鍵性問題”他們說道，“我們可能在未來的幾個(gè)月或更長時(shí)間里獲得重大成就。無論如何，這相比原定項(xiàng)目計(jì)劃中的50年期限將大大縮短。”
雖然科研團(tuán)隊(duì)并未對激光聚變點(diǎn)火這一重要事件制定出準(zhǔn)確時(shí)間，但激光聚變能負(fù)責(zé)人Mike Dunne今年早些時(shí)候曾說，點(diǎn)火可能在2012年年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
Dunne在今年1月舉辦的SPIE美國西部光電展（Photonics West）發(fā)言時(shí)說 ：“我們現(xiàn)在有信心宣布，聚變點(diǎn)火將在未來的6-18個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)。”
下一步：α粒子加熱
NIF團(tuán)隊(duì)的下一主要步驟是“α粒子加熱”工作。即對激光內(nèi)爆基礎(chǔ)上產(chǎn)生的氦原子核（α粒子）進(jìn)行加熱，提高聚變?nèi)剂系臏囟炔⒕S持等離子體高溫，使聚變反應(yīng)持續(xù)。
“我們已成功從核聚變反應(yīng)產(chǎn)生α粒子，并使燃料達(dá)到足夠密度以儲(chǔ)存所需能量”NIF研究人員說，“我們將在今年夏天的實(shí)驗(yàn)中尋找實(shí)現(xiàn)α粒子加熱最可行的內(nèi)爆方式。”
可重復(fù)性
此次1.8 MJ/500 TW的能量發(fā)射是一系列192束激光實(shí)驗(yàn)中最近的一次，這也表明了該激光系統(tǒng)的可重復(fù)性。“NIF會(huì)定期在比原先性能更高的水平下運(yùn)行”實(shí)驗(yàn)室介紹道。
在一系列實(shí)驗(yàn)中，7月5日的實(shí)驗(yàn)總能量第三次超過1.8MJ。此前，科學(xué)家取得的最高激光發(fā)射能量是在7月3日的實(shí)驗(yàn)中，在423W的峰值功率下有超過1.89MJ的能量傳遞到靶丸。
今年三月的發(fā)射就已為7月5日的實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)——激光系統(tǒng)傳送能量首次達(dá)到1.8MJ，伴隨411 TW的峰值功率。
“自20多年前被構(gòu)想以來，NIF裝置正逐漸向科學(xué)家們所規(guī)劃的激光聚變裝置靠攏”NIF主任Edward Moses在實(shí)驗(yàn)室聲明中說，“它現(xiàn)在正全面投入運(yùn)作，科學(xué)家們也正朝著實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的目標(biāo)以及為國家安全及基礎(chǔ)科學(xué)研究的用戶群體提供實(shí)驗(yàn)渠道，最終實(shí)現(xiàn)長期追尋的清潔核聚變能源而努力。”
建造NIF設(shè)施最主要的原因是實(shí)現(xiàn)以受控方式來模擬核爆炸產(chǎn)生的條件——從而取代地下核武器試驗(yàn)。此外，在激光系統(tǒng)所創(chuàng)建的極端環(huán)境下，科學(xué)家還可模擬恒星和巨大行星內(nèi)核的環(huán)境，進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，為科學(xué)界提供大量此前無法獲取的數(shù)據(jù)。
“500TW的能量發(fā)射是NIF團(tuán)隊(duì)所取得的非凡成就，創(chuàng)造了迄今只存在于恒星內(nèi)部深處的前所未有的實(shí)驗(yàn)條件”，麻省理工學(xué)院高能密度物理部負(fù)責(zé)人Richard Petrasso在NIF的陳述中說，“對于世界各地的科學(xué)家以及像我們這樣積極尋求極端條件下基礎(chǔ)科學(xué)和實(shí)驗(yàn)室聚變點(diǎn)火目標(biāo)的人來說，這無疑是一個(gè)振奮人心的非凡成就。”
除核能管理和科學(xué)研究中的應(yīng)用外，更長遠(yuǎn)的目標(biāo)是開發(fā)可作為未來聚變發(fā)電站的此類聚變系統(tǒng)。雖然這一目標(biāo)現(xiàn)在看來還遙不可及，必須克服一系列挑戰(zhàn)——用激光在10 Hz的左右的頻率射擊靶丸；采用可經(jīng)受反復(fù)激光聚爆和伴隨著核聚變中子轟擊的光學(xué)和其他組件；并能夠以較為合理的成本實(shí)現(xiàn)上述條件。
尋求能經(jīng)受這種極端條件的光學(xué)元件原是NIF激光器性能打靶水平中所關(guān)心的主要問題之一。但實(shí)驗(yàn)室研究人員正與工業(yè)合作伙伴密切合作，對光學(xué)元件進(jìn)行改進(jìn)并大幅度降低缺陷等級，為最新研究成果鋪平道路。
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