激光核聚变drc

激光约束热核聚变摘要：本文主要介绍核聚变、可控核聚变的原理以及世界各国近年来在这方面的研究。

关键字：核聚变、可控核聚变、大功率激光器核聚变是指质量较小的原子在一定条件下发生原子核相互聚合作用而生成新的质量更大的原子核并释放出巨大能量的核反应形式。

可控核聚变是指核聚变在人类控制下，利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务。

核聚变能释放出巨大的能量，而且反应并不会产生放射性物质，反应也是在稀薄气体中持续稳定进行的，因而可控核聚变是安全而清洁的。

核聚变所需的原料氘、氚在海水中的含量极为丰富，据估计，每升海水中含0.05克氘，相当于300升汽油燃烧所产生的热量，地球上的海水中共含45万亿吨氘，如果全部用于核聚变可供人类使用几百亿年。

而氚可以由锂和中子作用得到，锂在海洋中含量也十分丰富。

因而在煤炭、石油等一次性能源日渐枯竭而且环境污染也越来越严重的情况下，清洁、高效且原材料取之不尽的可控核聚变成为了人类解决能源危机的希望。

核聚变想要发生必须使得聚变的原子之间的距离达到飞米级即10的负十五次方级别，想达到这个级别必须使原子拥有非常大的动能才能克服电荷之间的斥力，而要是原子得到如此大的动能就必须要将原子加热到很高的温度，只有达到某个温度值之后核聚变才能发生，氢弹的爆炸就是先通过引爆原子弹利用其产生的巨大热量使得氢弹内部发生核聚变从而实现氢弹的引爆的。

目前为止人类已经实现了不受控制的核聚变，例如氢弹，但想要实现能量的合理利用就必须要使核聚变按照合理的速度和规模发生。

目前为止实现可控核聚变的方式有超声波核聚变、激光约束核聚变、磁约束核聚变等方法。

激光约束核聚变又称为惯性约束核聚变，是将几毫克氘、氚的混合气体放在直径约为几毫米的小球内，利用强激光束从外面均匀照射到小球表面，球面吸收能量之后向外蒸发，而球面内层在反作用力的作用下向内挤压，就像喷气式飞机通过向后喷射出大量气体从而推动飞机向前飞行一样，随着小球不断地向内挤压，球内气体的气压急剧升高，同时伴随着温度的急剧升高。

激光核聚变激光核聚变，是利用超强激光束压缩燃料靶丸，使之达到“点火”条件从而引发的核聚变，是人类实现可控热核聚变的重要方式。

由于该核聚变过程需要1亿度以上的极高温和1千亿倍大气压的极高压条件才能触发，能否成功“点火”是关键和难点所在，科学家们至今尚未攻克。

目前的美国的国家点火装置NIF，尽管其在2014年初宣布实验中释放的能量首次超过燃料吸收能量，但“点火”仍未能实现。

中国的卓红斌团队提出了一种高能电子束定向准直理论，并构建了新物理方案，简单说分“两步走”，即先用单束长脉冲激光打到靶背面，在靶背面形成一个由等离子体构成的内嵌环形磁场；约0.4纳秒后，在靶正面辐照一束短脉冲激光，当由短脉冲激光产生的高能电子束向背面传输时，笼罩在外的环向磁场构成一具“透镜”，对电子束运动方向进行约束，使得发散角降低，从而实现发散电子束的有效聚焦。

惯性约束核聚变是一种产生核聚变能量的方法，其操作原理是利用高功率激光束辐照氘氚等热核燃料组成的微型靶丸，在极短时间里靶丸表面会发生电离和消融而形成包围靶芯的高温等离子体。

等离子体膨胀向外爆炸的反作用力会产生极大的向心聚爆压力，在压力的作用下，氘氚等离子体被压缩到极高的密度和温度，引起氘氚燃料的核聚变反应。

一直以来，人们希望能通过惯性约束核聚变产生既干净又经济的能量，但是技术限制等因素让相关工作面临许多困难。

其中，美国劳伦斯·利弗摩尔国家实验室教授Omar Hurricane及其科研团成功克服了障碍，实现了总增益超过初始功率的实验。

他们使用192支激光，替一颗燃料芯块进行加热和压缩至核聚变反应发生。

据悉，NIF可以把200万焦耳的紫外线能量，通过192条激光束聚焦到一个2毫米大的冷冻氢气球上，从而产生1亿摄氏度的高温和约为地球大气压1000亿倍的高压，类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时产生的温度和压力。

在此基础上，科学家可进行此前在地球上无法进行的许多试验。

首先，研究人员沿反应室四周搅动熔铅，创造出中间有空隙的涡流；在空隙中，他们点燃聚变燃料“紧凑环形线圈”。

人类首次实现聚变“点火”,激光聚变取得历史性突破
郑万国;齐红基
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2023(52)1
【摘要】2022年12月13日,美国能源部(DOE)及其下属的国家核安全管理局(NNSA)宣布,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)利用其建立的国家“点火”装置(NIF),在人类历史上首次实现了聚变产能大于驱动聚变发生的激光能量这一“点火”里程碑,将为美国核武器物理规律和效应研究、核武器库存管理等提供重要支撑,为
未来清洁能源的发展铺平新的道路,并为高能量密度物理研究提供新的手段和平台。

本文专访了中国工程物理研究院激光聚变研究中心郑万国研究员,就发布会传递信息、惯性约束聚变(ICF)实现途径及存在难点、激光聚变“点火”历程、未来ICF
和惯性聚变能(IFE)发展前景,以及激光晶体在ICF和IFE中重要作用等业界广泛关
心的几个问题进行解读,以期为读者提供专业的信息,使大家进一步了解ICF发展趋
势和IFE发展前景,并针对相关晶体材料开展基础研究及关键技术攻关,牵引和支撑
未来激光聚变驱动装置建设。

【总页数】8页(P1-7)
【作者】郑万国;齐红基
【作者单位】中国工程物理研究院激光聚变研究中心;中国科学院上海光学精密机
械研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TL62;TL632
【相关文献】
1.激光聚变冲击波点火的热斑形成机制
2.美核聚变点火装置完工全球最大的激光系统问世
3.上海光机所激光核聚变快点火新方案基础物理研究取得重要进展
4.美国国家点火装置聚变研究取得重要突破
5.核聚变取得新突破,人类拥有终极清洁能源的目标还远吗?
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作者： 张橙华
作者机构： 苏州大学!215006
出版物刊名： 物理教师
页码： 35-38页
主题词： 激光核聚变 惯性约束核聚变 下世纪 磁约束 高密度层 物理学家 激光聚爆 实验反应堆 热核点火 概念性设计
摘要： 几十年来物理学家一直在努力研究核聚变,希望能为人类提供取之不竭的能源.最近几年磁约束核聚变有了重大进展,1991年欧洲联合环流器(JET,设在英国)率先实现了得失相当的氘氚聚变.美、俄、日、欧四方正准备合作建造国际热核实验反应堆(ITER,将设在德国),它的概念性设计早已于1990年完成,现正在作工程设计.ITER将能实现热核点火,Q(输出能量与输入能量之比值)达3～5,预计在2005年开始运行.另一方面,曾轰动一时后又默默进行的激光核聚变研究也进入了最后冲刺,各国竞相提出新的研究计划,希望抢先实现Q≈10的核聚变反应.。

核聚变能量的技术挑战与突破当我们谈论未来能源的希望时，核聚变常常被视为那道璀璨的曙光。

核聚变能，拥有几乎取之不尽、用之不竭的潜力，一旦实现商业化应用，将彻底改变人类的能源格局。

然而，这条通往核聚变能源的道路并非坦途，充满了重重技术挑战，但同时也不断有令人鼓舞的突破。

首先，让我们来了解一下什么是核聚变。

简单来说，核聚变就是将轻原子核（如氢）融合在一起，形成较重的原子核（如氦），这个过程中会释放出巨大的能量。

太阳的能量就来源于其内部持续不断的核聚变反应。

要在地球上实现可控核聚变，面临的第一个巨大挑战就是高温。

核聚变需要极高的温度，通常要达到数亿摄氏度，才能使原子核具备足够的能量来克服彼此之间的静电排斥力，从而发生融合。

这样的高温条件，对材料的承受能力提出了近乎苛刻的要求。

目前的材料科学还难以找到一种能够在如此高温下长时间稳定工作的物质。

其次，是如何有效地约束和控制核聚变反应。

在太阳内部，强大的引力起到了约束核聚变的作用。

但在地球上，我们无法依靠引力，而是需要采用磁场或惯性等方式来实现约束。

磁约束是目前研究的主流方向之一，例如托卡马克装置，通过强大的磁场将高温等离子体约束在一个环形空间内。

然而，要实现稳定、高效的磁约束，仍然面临着诸多难题，如磁场的精确控制、等离子体的不稳定性等。

除了高温和约束问题，燃料的获取和处理也是一个关键挑战。

核聚变通常使用氘和氚作为燃料。

氘在海水中相对丰富，但氚的获取却较为困难，需要通过核反应来产生。

而且，在核聚变过程中，燃料的注入、燃烧和排出都需要精细的控制，以确保反应的持续稳定进行。

尽管面临着如此众多的技术挑战，但科学家们在核聚变研究领域也取得了一系列令人瞩目的突破。

在高温实现方面，新的加热技术不断涌现。

例如，激光加热和微波加热等方法的应用，使得我们能够更有效地将等离子体加热到所需的高温。

同时，对等离子体物理的深入研究，也让我们对高温下物质的行为有了更清晰的认识，为解决高温难题提供了理论支持。

激光聚变动作过程
激光聚变的过程可以分为几个主要的步骤：点状脉冲、聚焦、传导、
多普勒升温、热膨胀和压缩。

下面将对每个步骤进行详细阐述。

首先是点状脉冲。

在激光聚变过程中，激光器会发射出短脉冲的激光，每个脉冲仅持续几皮秒到几十皮秒。

这些短脉冲激光会渗透到靶点表面的
外层，将靶点表面脱离，并产生等离子体。

接下来是聚焦。

通过使用透镜或反射镜来聚焦激光束，将激光束能量
聚集到靶点上。

在聚焦的过程中，激光束的能量密度会增加，从而加热靶
点表面。

第三个步骤是传导。

在传导过程中，高能量的激光束将能量传递给靶
点中的等离子体。

传导是一个复杂的过程，需考虑到等离子体的密度、温
度和压力等因素。

接下来是多普勒升温。

在激光聚变过程中，由于激光束的运动速度和
靶点中等离子体的运动速度之间的差异，会产生多普勒效应。

多普勒效应
会导致等离子体中的粒子速度分布不均匀，使得聚变反应的发生更加困难。

然后是热膨胀。

当高能量的激光束传递给靶点中的等离子体时，等离
子体会由于能量的吸收而发生热膨胀。

这会导致等离子体在靶点中膨胀，
使得靶点更加容易被压缩。

最后是压缩。

在激光聚变过程中，通过控制激光束的能量和焦点位置，可以使靶点中的等离子体在瞬间内受到高压作用，从而达到较高的密度和
温度。

当等离子体的温度和密度达到足够高时，核聚变反应即可发生。

核
聚变反应会释放出大量的能量，产生高温和高压的等离子体，使得等离子
体继续保持聚焦状态，从而实现聚变反应的持续进行。

核聚变技术的最新研究成果核聚变技术是人类追求清洁、永久、高效能源的梦想。

近年来，全球各大实验室和研究机构持续推进着核聚变技术的研究。

今天，让我们来看看核聚变技术的最新研究成果。

一、国际热核聚变实验堆（ITER）ITER是世界上最大的聚变实验，由欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度等国组成的国际联合体建造。

ITER采用“托卡马克”型聚变反应器，目标是实现人工控制的核聚变反应，以获取清洁、持久、高效的能源。

近年来，ITER项目进展迅速。

2019年底，ITER的大型模块化结构开始完工，在2020年完成了现场砌筑工程，目前正在进行设备安装和管理系统的构建。

二、中科院等国内机构的核聚变实验国内也在积极推进核聚变技术的研究。

中国科学院近期在实际实验中成功压缩了等离子体，这是中国在核聚变领域的一项重大突破。

中国原子能科学研究院也在多项实验中取得了突破性进展。

在国内外多个机构的努力下，未来我们可能会看到一些商用化的聚变反应堆投入使用，为世界提供更多的清洁能源。

三、自由电子激光谱仪的应用除生产等离子体外，自由电子激光谱仪（FALC）也在核聚变中发挥着作用。

FALC可以产生强烈的电磁场，用于研究等离子的行为，对聚变领域的理论研究有着重要意义。

FALC组合其他实验技术可以研究等离子体的物理性质，确定聚变反应的条件和可能出现的问题。

这些技术的提升都将为核聚变技术的实际应用带来帮助。

四、宇宙聚变的启示聚变技术在自然界中有着广泛应用。

比如，太阳是一个巨大的聚变反应堆，宇宙中的恒星、行星和卫星也都是基于聚变技术的运作。

通过研究宇宙聚变过程，人类可以更好地理解聚变技术的本质和运作规律，这对聚变技术的进一步研究有着重要意义。

综上所述，核聚变技术的最新研究成果涉及众多领域，包括工程应用、理论研究和宇宙探索等。

我们相信在全球各大实验室和研究机构的共同努力下，核聚变技术必将实现商业化应用，为人类提供更多的清洁、可持续、高效能源。

激光核聚变的基本原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊激光核聚变这个超厉害的玩意儿。

你们知道吗，激光核聚变就像是一场超级能量的大聚会！想象一下，一堆小小的原子，就像一群调皮的小精灵，平时各自玩耍。

但在激光核聚变这里，它们被聚集到了一起，然后发生了神奇的变化。

这就好比一场盛大的音乐会，激光就像是那激昂的指挥棒。

一束束强烈的激光射向那些原子，就像指挥棒指挥着乐手们奏出震撼的乐章。

这些激光给予原子巨大的能量，让它们兴奋起来，开始相互碰撞、融合。

说起来，这可真不容易啊！要把这些原子恰到好处地“摆弄”好，需要极其精准的控制和高超的技术。

这可不是随随便便就能做到的，就像你要让一群调皮的孩子乖乖听话一样难。

在这个过程中，能量在不断地积聚和释放。

就好像是一个大力士在不断地积攒力量，然后突然爆发出来，那威力可不得了！这种能量的爆发，说不定将来能为我们提供取之不尽用之不竭的能源呢，那可真是太棒啦！那为什么要研究激光核聚变呢？这还用问吗？咱们现在对能源的需求那可是越来越大呀！传统的能源总会有用完的一天，那我们以后靠什么呢？激光核聚变不就是一个超级有希望的方向嘛！而且，这个研究可不光是为了能源哦。

它还能让我们更加深入地了解物质的本质，就像我们通过探索宇宙来了解我们生活的这个神奇世界一样。

你想想，如果我们真的掌握了激光核聚变的技术，那会给我们的生活带来多大的改变呀！我们再也不用为能源短缺而发愁啦，各种高科技产品都能得到更好的发展。

这难道不值得我们努力去追求吗？所以啊，激光核聚变真的是一个超级有趣又超级重要的领域。

虽然现在还有很多困难需要克服，还有很长的路要走，但我相信，只要科学家们不断努力，总有一天，我们一定能让激光核聚变为我们的生活带来巨大的改变！让我们一起期待那一天的到来吧！。

核聚变能量的技术路线与展望能源，是人类社会发展的基石。

在当今世界，随着传统能源的逐渐枯竭和环境问题的日益严峻，寻找一种清洁、高效、可持续的能源成为了人类面临的重大挑战。

核聚变能源，作为一种具有巨大潜力的未来能源，正逐渐走进人们的视野。

核聚变，简单来说，就是将轻原子核融合在一起，形成更重的原子核，并在这个过程中释放出巨大的能量。

太阳的能量就来自于其内部持续不断的核聚变反应。

如果我们能够在地球上实现可控核聚变，就相当于拥有了一个“人造太阳”，为人类提供几乎取之不尽、用之不竭的能源。

目前，实现核聚变的主要技术路线有磁约束核聚变和惯性约束核聚变两种。

磁约束核聚变是目前研究最为广泛和深入的一种技术路线。

其基本原理是利用强大的磁场将高温等离子体约束在一个特定的空间内，使其达到核聚变所需的条件。

在磁约束核聚变装置中，最具代表性的就是托卡马克装置。

托卡马克装置通过环形磁场和极向磁场的共同作用，将等离子体约束在一个环形的真空室内。

科学家们不断改进和优化托卡马克装置的设计和运行参数，以提高等离子体的温度、密度和约束时间。

经过多年的研究和发展，磁约束核聚变已经取得了显著的成果。

例如，国际热核聚变实验反应堆（ITER）计划就是一个国际合作的大型磁约束核聚变项目，旨在建造一个能够产生大规模核聚变能量的实验装置。

惯性约束核聚变则是另一种有潜力的技术路线。

其原理是利用高功率激光或离子束等手段，在极短的时间内对燃料靶丸进行加热和压缩，使其达到核聚变的条件。

在惯性约束核聚变中，燃料靶丸通常是一个微小的球形颗粒，内部填充着氘氚燃料。

当强大的能量脉冲作用于靶丸时，其表面迅速蒸发并产生反作用力，将内部燃料压缩到极高的密度和温度，从而引发核聚变反应。

惯性约束核聚变的研究也在不断推进，一些国家已经建立了相关的实验设施，并取得了一定的进展。

然而，无论是磁约束核聚变还是惯性约束核聚变，目前都还面临着一系列的技术挑战。

首先，实现核聚变需要将燃料加热到极高的温度，通常要达到上亿摄氏度。