2010年或將成為熱核元年

2010年1月28日《科學快訊》(《科學》網絡版):美國NIF(國家點火裝置)項目組成員發表題為“Symmetric Inertial Confinement Fusion Implosions at Ultra-High Laser Energies”(在高強激光作用下的均衡慣性約束核聚變內爆)的論文.論文說NIF項目組成功地實現了0.7 MJ間接作用黑腔(hohlraum黑體輻射腔)實驗的均衡靶囊內爆.從實驗數據看，該實驗裝置完全滿足慣性約束核聚變的點火實驗條件.

所謂慣性約束核聚變(ICF)是把氘和氚的混合物裝入直徑約幾mm的小球內(黑腔).從外面均勻射入高強度激光束或粒子束，使球體在極短的時間內(10-12s)因吸收能量而達到極高的溫度(MK)向外蒸發;受高速蒸發的反作用，球面內層向內擠壓(反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束)，小球內氘氚混合物受擠壓而溫度急劇升高.當溫度和壓力達到核聚變所需要的點火條件時，小球內氘氚混合物就會發生聚變反應，釋放出大量能量.如每秒鐘發生三四次這樣的爆炸并且連續不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當于百萬千瓦級的發電站.

在此之前，實現慣性約束核聚變的一項關鍵性難題就是解決黑腔內爆的均衡性；如果內爆不均衡，就如同有破洞的氣球，溫度和壓力都升不上去，就不能滿足核聚變的要求.之前的黑腔實驗中內爆形狀如同“薄餅”.NIF項目組的突破就是讓“薄餅”變成各向均衡的圓球.長期以來，慣性約束核聚變研究面臨激光與等離子體的相互作用的穩定和均衡難題，等離子體的非均衡性讓激光出現散射從而分散了激光的能量.2009年秋，NIF在對含氦和氫的靶丸進行的測試性打靶中，對激光束的能量分布進行了調整，結果顯示，模擬燃料靶丸在受壓方面具有高度的對稱性，可以滿足聚變點火的條件.

ICF項目主任布萊恩·麥克高文表示：“激光和等離子體相互作用很不穩定.然而，我們的測試性打靶顯示我們能夠將激光和等離子體的相互作用轉變成能量，并用于控制黑體輻射空腔的對稱性.”

NIF等離子體物理組組長齊格弗里德·格蘭澤認為，利用激光等離子體相互作用調節慣性約束聚變激光能量的手段非常高明，人們可以在不需要提高各路激光束能量強度的情況下，通過改變激光的波長，讓能量聚集在所需的地方.這是人們能最大程度地利用現有激光束能量的理想途徑.

在《科學快訊》的論文中，NIF項目組指出黑腔兩端自發形成的等離子體光柵能對激光能量在黑腔中的分布加以調節，導致對稱的X射線輸出.格蘭澤說，等離子體光柵如同小型棱鏡，它改變了部分激光束能量的方向，如同棱鏡按波長改變陽光方向一樣.在試驗之前，NIF研究人員曾利用計算機仿真，模擬出通過改變部分激光束波長以控制黑腔內激光能量分布的結果.

論文中NIF的激光系統由192路激光束組成.為確定黑腔X射線輸出的特性，實驗采用了較低功率的激光束，同時靶丸也比真正用于聚變實驗的靶丸要小，在實驗中靶丸直徑為1.8 mm.

關鍵性技術的突破極大地鼓舞了NIF項目組的所有成員，他們計劃在2010年夏天開始用裝有聚變燃料的靶丸進行點火試驗.他們的目標是在實驗室條件下實現連續凈能量輸出的可控核聚變.如果實驗獲得成功，也許2010年將作為熱核元年載入人類史冊.