從那太陽到一個太陽
西元2009年04月02日
“人造太陽”牛刀小試 美國家點火裝置首次實驗
2010年10月14日10:28
來源：《科技日報》
今日視點據物理學家組織網與美國利弗莫爾勞倫斯國家實驗室（LLNL）官網報道，被稱為“人造太陽”的美國國家點火裝置（NIF）於近日完成了其首次綜合點火實驗——192束激光系統向首個低溫靶室發射了1兆焦（MJ）激光能量。
彼時，在這台全球最大激光器的落成典禮上，美國加州州長施瓦辛格曾不遺余力地稱其為加州和美國的偉大成就，“人類將有史以來第一次在實驗室裡面取得核聚變能源”，更將有可能使美國的能源結構發生革命性變化。如今，初試身手即突破“兆焦”屏障，使NIF距離實現聚變點火越來越近。伴隨著鋒芒漸露，其將能保証美國能源安全的呼聲已是越來越高。
NIF實現受控核聚變之夢？
最簡單的描述核聚變，就是兩個輕的原子核相碰，形成一個原子核並釋放出能量的反應。在自然界，太陽的內部連續不斷地進行著氫聚變成氦過程，因而太陽產生的光和熱就是由核聚變帶來的。
這是人類無法不覬覦的巨大能量。但“人造太陽”要能為我們所用，就必須使核聚變在人為控制下進行，掌握核聚變的速度和規模，實現持續、平穩的能量輸出。
受控核聚變前景之誘人，還不僅僅因為能量的產生，而且由於核聚變所需的原料——氫的同位素氘可以從海水中提取。據估測，每升海水中含有0.03克氘，地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。簡單計算可得出，1升海水中提取出的氘完全聚變反應，放出的能量能達到100倍數量級的汽油燃燒釋放的能量，因此受控核聚變的研究成功幾乎能使人類擺脫能源危機的困擾。
從1997年起，NIF開始承載了人類的清潔能源之夢。這個巨型激光器總共耗資約35億美元，目標是當時世界第二大激光器、美國羅切斯特大學激光器能量的60倍至70倍。於啟動時，激光束會聚焦到一個很小的點上，從而產生上億攝氏度高溫，模擬出像恆星內核或核爆炸那麼強烈的溫度與壓力。
它的賣點——亦是與此前激光器不同之處在於，其要成為“第一個突破平衡點的設施”，這個突破平衡點，指產生的能量大於啟動它所需要的能量，即“能量增益”，這是半個多世紀以來核聚變工作者夢寐以求的目標。
要能源，也要核武器安全
2009年5月29日，美國國家點火裝置（NIF）於利弗莫爾勞倫斯國家實驗所落成，研究人員開始著手嘗試如何“駕馭太陽的能量”。
今年2月，測試表明，NIF已具備能力去發射1.2兆焦至1.3兆焦能量的激光脈沖去點燃聚變反應。
直到今年10月上旬，NIF終於完成了其首次綜合點火實驗。在其裝置的內部，紅外線激光經折射和反射后，功率會實現陡增，工作人員再將該激光轉變為192束激光束，射向聚變艙。聚變艙的內部會在瞬間壓縮，致使燃料球發生爆裂引起燃料發生核聚變反應，迸發巨大能量，完成點火過程。
此次實驗中，192束激光系統向首個低溫靶室發射了1兆焦的激光能量，與以前在羅切斯特大學激光器實驗相比，能量提高了30倍。激光發射過程共有26個靶診斷系統（診斷系統，可監測靶系統中在不同位置時的束流）運行，演示了進行點火攻關活動所需的復雜系統綜合能力，而所有系統的運行都表現成功。
NIF項目主任埃德·摩西稱“這是慣性約束聚變50年歷史中的重要時刻”。慣性約束，正是實現受控核聚變的著名方式之一。
美國國家核安全局（NNSA）國防項目負責人唐·庫克則表示，這一次成功是NNSA實驗室最佳工作的典范，NNSA正將最好的科學、工程和技術思想聚集在一起，以期來解決一些最重大的國家挑戰。
這使人們想起，還在NIF施工之際，外媒指出NIF的首要目的是幫助政府確保美國“老年”核武器可靠性，此后才是建成一座核聚變發電站。
在禁止核武器試驗的情況下，實驗室裡模擬核武器的過程卻能等同於這種測試。NIF項目耗資不菲，表達出為政府效力的“決心”自然也是應該的。
如核安全局局長托馬斯·D·阿戈斯蒂諾的解釋：“NIF是美國庫存管理計劃的關鍵組成部分，庫存管理計劃的目標是在不進行地下核試驗的條件下保持核威懾的安全有效。這項重要進展是國家安全投資可以在其他領域產生利益的一個例証，NIF可以用於能源技術發展或使人們更好地了解宇宙。”
而實驗項目主任摩西認為，無論從綜合性考慮還是從物理學角度，這次實驗都是堪稱杰出的。
據此前報道，NIF預計所能夠達到的全部能量為1.8兆焦，此首度點火實驗只是“小試牛刀”，但隨著這項實驗的完成，NIF將在下一階段的攻關活動中，讓聚變點火達到頂點。（張夢然）
http://scitech.people.com.cn/BIG5/12951275.html
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