美国激光聚变研究的进展

美国罗彻斯特大学能学实验室Omega X激光系统的开办，是美国国内把激光聚变作为产生能量而加以研究的最新事件。劳伦斯·利弗莫尔实验室、洛斯·阿拉莫斯科学实验室、散迪厄实验室、KMS聚变公司以及罗彻斯特大学等的计划组成了一个正在迅速发展的研究领域。     

能源署资助罗彻斯特大学3900万美元研制24路Omega装置

据罗彻斯特大学激光能学实验室主任鲁宾(Moshe J. Lubin)说,能源署与该大学签订了一项价值3920万美元的合同，这清楚地表明，罗彻斯特大学已成为“美国聚变计划的主要参加者”。这项为期4年的合同主要资助该室最近完成的“Omega”装置。这是一台能产生12兆兆瓦输出的24路玻璃激光器系统。     

高功率聚变激光器的其它应用

由罗彻斯特大学激光能学实验室研究组会议准备的一篇报告阐明了为惯性约束聚变而研制的高功率短脉冲激光器可能应用的有限范围。这个组内有许多不从事激光器研制或聚变研究的专家，要求他们找出用聚变激光器可以进行的聚变以外的实验。     

锁模YAG/染料激光器产生0.5微微秒脉冲

罗彻斯特大学的一个研究组已获得至今最短的可调谐激光脉冲。据该大学激光能学实验室微微秒研究组负责人莫鲁(G. Mourou)说，亚微微秒激光脉冲的应用包括激光聚变系统的诊断以及时间分辨光谱学。     

短波长激光聚变引发器

介绍短波长聚变引发器（即激励铀235原子核的激光等离子体技术）和罗彻斯特大学激光力能学实验室的聚变实验，是第五届激光等离子体相互作用及有关现象专题讨论会的核心内容。以往几次专题讨论会是在伦塞勒工学院举行的，但12月5~9日这次会议的会址则移至罗彻斯特（国立激光用户机构去年在那里落成)。     

罗彻斯特大学激光聚变中子创纪录

1985年4月15日，罗彻斯特大学Omega钕玻璃激光装置创造了激光聚变中子产额的新纪录。虽然该装置已运行几年，但将24束红外激光输出变成3次谐波（351 nm)的全部转换工作刚刚完成。现在，利用该大学激光力能学实验室发展的KDP频率转换技术，到达靶上的紫外能量已高达2.4 kJ。     

用蛛丝悬挂激光聚变靶

在罗彻斯特大学激光能量实验室忙碌织网的蜘蛛不知道它的细丝对激光聚变实验的可靠性具有重要贡献。这种蛛丝是人们所知道的最结实的材料之一，它为激光聚变所用的靶提供了一种理想的支撑。     

聚变实验中子产额创新记录

今年4月15日，罗彻斯特大学激光力能实验室进行了一次创纪录的激光聚变实验，所得中子产额为1650亿个。该室用24束的Omega激光器进行打靶实验,三倍频激光能量为1.8千焦耳，脉冲功率为4兆兆瓦，波长为3.55毫微米。     

图片报道

用于激光聚变的玻璃微气球。它们非常微小，因而极难处理。上图是罗彻斯特大学激光能学实验室使用的小球。中间的一幅表示针尖上粘附着的许多小球，可见其尺寸之小。左图是在压力下充入燃料之前安在玻璃棒上的小球。右图是用偏振光检测有缺陷的小球。下图是洛斯阿拉莫斯使用的球状和塑料片状靶。     

可扩展至激光聚变点火的快加热

以短激光脉冲对被压缩聚变燃料进行快速加热，是产生核聚变能的一条有希望的途径[1]，已用新型快点火结构的实验规模进行演示[2]。本文描述将此系统加以改进，以更高功率的脉冲拍瓦(1015 W)激光产生快加热芯等离子体，它可以扩展至满尺度点火，大大增加聚变活动，同时在这些高许多的激光能量下仍然保持高加热功率。此项研究结果使我们在实现较廉价的满尺度快点火激光装置上又向前走近了一步。在先进激光聚变点火中[3,4]，用拍瓦激光产生的高密度、高能量电子瞬时加热被压缩聚变燃料，以高耦合功率使之达到点火温度[5]。日本以一台拍瓦激光…     

利弗莫尔建造巨型激光器

正在劳伦斯·利弗莫尔实验室建造的“Nova”激光I按计划在1985年竣工时,将 取代“Shiva”装置成为世界上最强大的激光器。它将为激光聚变和激光武器的研究者提供一个能在100微微秒脉宽时间里产生200~300兆兆瓦峰值功率，或换一种方式说,在3毫微秒闪光时间里产生20~30万焦耳能量的钕玻璃激光系统。“Nova”装置直接的科学目的是把聚变靶压缩到液体密度的1000倍，引发热核燃烧,甚至可能在科学原理上达到得失相当，即入射到靶上的激光能量等于新释放的热核能量。     

激光点燃聚变之“火”

美国加州劳伦斯利弗莫尔实验室新建的“诺瓦”装置，是世界上功率最大的激光器。按计划应于1984年12月完工，耗资1．76亿美元。建造这台激光器的目的，是想在本世纪末证明使用激光引发聚变是可能的。     

“国家点火设施”设计注重光学元件

在2002年某个时候，“国家点火设施”（NIF）的科学家将把192条分离的高功率紫外激光束聚焦在微氛氖靶丸上，将其加热压缩直到点火和燃烧，释放聚变能。具有世界最大激光器的“国家点火设施”的任务是获得聚变点火和增益，并在核武器科学实验中利用惯性约束聚变能力。“国家点火设施”实验提供的物理数据将帮助科学家在不做真核试验的情况下保证核武器的可靠性；基础科学如天体物理也将从中受益［1～3］。为设计、建造和运行该装置，劳伦斯·里弗莫尔国家实验室正在领导一个与桑地亚国家实验室、洛斯·阿拉莫斯国家实验室以及罗彻斯特大学…     

21世纪的惯性聚变科学技术

评述了使用高强度装置基本和应用科学的前沿。自1985年以来，Nova激光器上所作的15000次实验和世界各地其它的激光、粒子束和脉冲功率装置上作的千万次实验已建立了高能密度等离子体物理的新实验室领域，并进一步发展了惯性约束聚变。高亮度飞秒激光已能获得以前在地球上不能获得的各种实验条件。这些实验与先进的计算已为“国家点火装置”（NIF）和兆焦耳激光器(LMJ)建立了技术规格．并加强了实验室天体物理等科学领城。惯性聚变所发展的科学技术，已使达到实验室聚变点火和增益目标取得稳定进展．并为21世纪的研究开辟新领域。     

高功率激光物理国家实验室

由邓锡铭院士倡议建立的高功率激光物理国家实验室成立于1986年,是我国高功率激光技术与惯性约束聚变的实验基地。实验室拥有“神光-Ⅱ”高功率激光聚变实验装置,以及配套的测试诊断设备。现有固定科技人员120名,包括两院院士2名,研究员13名,副研究员和高级工程师25名,另有客座研     

快点火可能为聚变提供快捷途径

激光聚变快点火方案是劳伦斯·里弗莫尔国家实验室于8年前提出的，其法是将聚变燃料压缩至高密度和将其加热至高温度分开，并用超强超短脉冲激光点燃。英日联合研究组对此法进行了长期研究，于2002年8月29日发表文章，详述其实验结果，认为此法可以实现聚变点火，可能为聚变能提供一条较为快捷、价廉的途径。卢瑟福·阿普尔顿实验室物理组组长Peter Norrey说，一般的装置与汽车所用的内燃机相似。“对燃料进行周期性压缩，放入一个火花以点燃聚变燃料，燃料爆炸，释放能量。”证明此方案可能的难处在于发现一种方法使点火激光束接近被压缩…     

以拍瓦激光加热的聚变能点火实验

用拍瓦激光产生聚变能又往前迈进了一步，日本和英国的一组科学家已证明这种物理方法可行。使用日本大阪大学的“激光Ⅻ”激光系统，该组已在其激光功率与满尺寸点火系统所需功率相当的功率上成功地进行了实验，其结果发表在2002年8月29日出版的《自然》杂志上。英国研究组组长Peter Norreys（卢瑟福·阿普尔顿实验室）说：“我们曾在2001年作过首次‘原理论证’实验，表明将燃料压缩至高密度和相当高的加热可以同时获得。现在，我们又用功率比以前高许多的拍瓦激光器作加热源重复这一实验。当加热能量从50J增加至350J时，聚变产物便增加1…     

罗切斯特大学的最近激光聚变实验

最近，在纽约，罗切斯特的罗切斯特大学利用六个光束的Zeta装置，进行了一系列激光能量聚变实验，在各种激光功率下所获得的结果比为实验而设计的更好。     

惯性约束聚变激光装置系统可靠性研究

惯性约束聚变（ICF）激光装置是国家安全、能源和科学研究水平的重要标志，它的稳定运行与否对于惯性约束聚变装置的建造具有重要的决定作用。可行性作为惯性约束聚变激光装置稳定运行的最重要度量指标，表征了惯性约束聚变激光装置在使用中能保持正常工作状态或完成规定任务的能力。这种能力只能通过一系列针对惯性约束聚变激光装置的系统可靠性研究，并运用这些研究结果对惯性约束聚变激光装置实施有效的可靠性控制而得到保证。近几年来，国内外在惯性约束聚变激光装置可靠性研究方面开展了许多工作，并取得了很大进展。本文对这些进展进行了综述和分析，并提出开展下一步研究的思路。     

利弗莫尔研制新的贮能设备

劳伦斯利弗莫尔实验室通过以紧凑的贮能装置——称为补偿脉冲交流发电机——代替原计划供给Nova以能量的装满地下室里的电容器组，可以节约1000万美元，驱动聚变的激光装置预定于1983年开动。据聚变计划负责人J.霍尔兹里克特说，贮能电容每焦耳大约花费27分，与此相比，补偿脉冲交流发电机每焦耳只花费20分。预期Nova需要贮能150兆焦耳；利弗莫尔估计2.5兆焦耳的交流发电机可能只有约5英尺直径和10英尺长。