2010年或将成为热核元年

2010年1月28日《科学快讯》(《科学》网络版):美国NIF(国家点火装置)项目组成员发表题为“Symmetric Inertial Confinement Fusion Implosions at Ultra-High Laser Energies”(在高强激光作用下的均衡惯性约束核聚变内爆)的论文.论文说NIF项目组成功地实现了0.7 MJ间接作用黑腔(hohlraum黑体辐射腔)实验的均衡靶囊内爆.从实验数据看，该实验装置完全满足惯性约束核聚变的点火实验条件.

所谓惯性约束核聚变(ICF)是把氘和氚的混合物装入直径约几mm的小球内(黑腔).从外面均匀射入高强度激光束或粒子束，使球体在极短的时间内(10-12s)因吸收能量而达到极高的温度(MK)向外蒸发;受高速蒸发的反作用，球面内层向内挤压(反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束)，小球内氘氚混合物受挤压而温度急剧升高.当温度和压力达到核聚变所需要的点火条件时，小球内氘氚混合物就会发生聚变反应，释放出大量能量.如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站.

在此之前，实现惯性约束核聚变的一项关键性难题就是解决黑腔内爆的均衡性；如果内爆不均衡，就如同有破洞的气球，温度和压力都升不上去，就不能满足核聚变的要求.之前的黑腔实验中内爆形状如同“薄饼”.NIF项目组的突破就是让“薄饼”变成各向均衡的圆球.长期以来，惯性约束核聚变研究面临激光与等离子体的相互作用的稳定和均衡难题，等离子体的非均衡性让激光出现散射从而分散了激光的能量.2009年秋，NIF在对含氦和氢的靶丸进行的测试性打靶中，对激光束的能量分布进行了调整，结果显示，模拟燃料靶丸在受压方面具有高度的对称性，可以满足聚变点火的条件.

ICF项目主任布莱恩·麦克高文表示：“激光和等离子体相互作用很不稳定.然而，我们的测试性打靶显示我们能够将激光和等离子体的相互作用转变成能量，并用于控制黑体辐射空腔的对称性.”

NIF等离子体物理组组长齐格弗里德·格兰泽认为，利用激光等离子体相互作用调节惯性约束聚变激光能量的手段非常高明，人们可以在不需要提高各路激光束能量强度的情况下，通过改变激光的波长，让能量聚集在所需的地方.这是人们能最大程度地利用现有激光束能量的理想途径.

在《科学快讯》的论文中，NIF项目组指出黑腔两端自发形成的等离子体光栅能对激光能量在黑腔中的分布加以调节，导致对称的X射线输出.格兰泽说，等离子体光栅如同小型棱镜，它改变了部分激光束能量的方向，如同棱镜按波长改变阳光方向一样.在试验之前，NIF研究人员曾利用计算机仿真，模拟出通过改变部分激光束波长以控制黑腔内激光能量分布的结果.

论文中NIF的激光系统由192路激光束组成.为确定黑腔X射线输出的特性，实验采用了较低功率的激光束，同时靶丸也比真正用于聚变实验的靶丸要小，在实验中靶丸直径为1.8 mm.

关键性技术的突破极大地鼓舞了NIF项目组的所有成员，他们计划在2010年夏天开始用装有聚变燃料的靶丸进行点火试验.他们的目标是在实验室条件下实现连续净能量输出的可控核聚变.如果实验获得成功，也许2010年将作为热核元年载入人类史册.