了解美国国家点火装置
发布时间：2013-1-10 13:55
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美国国家点火装置（NIF）（即激光聚变装置）是与“神光”计划一样的工程，由位于美国加利福尼亚州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室研制。该计划自1994年开工以来延期了很多次，于1997年工程正式开始建设。该计划建造和运行花费超过35亿美元，容纳NIF装置的建筑物长215米，宽120米，相当于三个足球场。
“国家点火装置”产生的激光能量将是世界第二大激光器、罗切斯特大学的激光器的60倍。科学家希望该激光器能模仿太阳中心的热和压力，用以创造核聚变反应，并达到平衡点，即激光在聚变反应中产生的能量大于它们所消耗的能量。国家点火装置可以把200万焦耳的能量通过192条激光束聚焦到一个很小的点上，从而产生类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时的温度和压力。在此基础上，科学家可以实施此前在地球上无法实施的许多试验。 
加州州长施瓦辛格在落成典礼上发表讲话说，这一激光系统的建成是加州和美国的伟大成就，它将有可能使美国的能源结构发生革命性变化，因为它将教会人们驾驭类似太阳的能量，使其转变成驾驶汽车和家庭生活所需要的能源。 国家点火装置共有3个任务： 第一个任务是让科学家用它模拟核爆炸，研究核武器的性能情况，这也是美国建设国家点火装置的初衷，即作为美国核武器储备管理计划的一部分，保证美国在无需核试验的情况下保持核威慑力。 第二个任务是使科学家进一步了解宇宙的秘密。科学家可使用国家点火装置模拟超新星、黑洞边界、恒星和巨大行星内核的环境，进行科学试验。这些试验大部分不会保密，将为科学界提供大量此前无法获取的数据。 第三个任务是保证美国的能源安全。科学家希望从2010年开始借助国家点火装置来制造类似太阳内部的可控氢核聚变反应，最终用来生产可持续的清洁能源。公报说：“国家点火装置所产生的能量远大于启动它所需要的能量，这是半个多世纪以来核聚变研究人员一直梦寐以求的‘能量增益’目标。如能取得成功，将是有历史意义的科学突破。” 实验过程 先将外部激光增强10000倍，然后将一束激光分离为48束激光，再增强，进一步分离为192束激光，其总能量增加到原来能量的3000万亿倍，再聚焦到直径为3毫米的氘氚小丸上，产生1亿度的高温，压力超过1000亿个大气压，进而引发核聚变。每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180万焦耳能量的脉冲紫外光——这些能量是美国所有电站产生的电能的500倍还多。当这些脉冲撞击到目标反应室上，它们将产生X光。这些X光会集中于位于反应室中心装满重氢燃料的一个塑料封壳上。X光将把燃料加热到一亿度，并施加足够的压力使重氢核生聚变反应。释放的能量将是输入能量的15倍还多。这是因为激光在镜面之间来回反射，并通过3000块磷酸盐玻璃，其中的钛原子会使激光束扩大。利弗莫尔有850名科学家和工程师。另外大约有100名物理学家在那里设计实验。NIF的问题是它的激光每几小时只能发射一次。Mercury激光的方案已经在计划中。它不一定比NIF更大，它的目标是每秒钟发射10次脉冲。 
进展 劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)取得了重要进展，目前正在开展2009年完成NIF点火的筹备工作。NIF是美国国家核安全管理局（NNSA）的库存管理计划的关键环节。在受控实验室条件下，NIF将进行聚变点火和热核燃烧实验，实验结果将为NNSA提供相关武器生产条件的实验手段。这些条件对NNSA在不开展地下核试验的条件下评估并验证核武库的工作至关重要。NIF实验将研究武器效应、辐射输运、二次内爆和点火相关的物理学机理，并支持库存管理计划继续取得成功。NIF是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统，用于在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。192束矩形激光束将在30英尺的靶室中实现会聚，其中靶室内含有直径为0.44厘米的氢同位素靶丸。发生聚变反应时，温度可达到1亿度，压力超过1000亿个大气压。 2012年7月5日，美国国家点火装置(NIF)实现了单束激光能量打破了美国的记录。 
拥有世界上最大激光装置的NIF发出了192束经过光学放大的电磁辐射发光，所有的发射都是在几百万亿分之一秒内进行，传递了500万亿瓦特(百万兆瓦)的“峰值功率”以及1.85兆焦耳的紫外线激光。 国家点火装置将转向核武研究 由于技术问题，世界上最大的激光器----美国国家点火装置，将改变发展道路，把重点放在核武器研究上。 在过去六年时间里，美国国家点火装置(NIF)的工作人员一直致力于将192束激光集中于一个花生米大小的、装有氢粒子的目标上。当能量为500太瓦的激光撞击到装有氢粒子的目标上后，会产生X光粒子，使得重氢原子和超重氢原子产生聚变，这种聚变使得少量物质转变为巨大能量。 从“国家点火计划”这个名称就可以看出其研究目的----“点火”，也就是使聚变产生同提供的激光同样巨大的能量。美国国家点火装置的官员称，点火设施试验成功将为新型电厂铺好道路，这种新电厂将现实每分钟内爆1000个粒子。但是出现的技术问题使得该计划尚未实现其目标，而且该计划也于今年9月份停止。 据悉，由政府，国会和加州大学提交的报告将于11月末递交到相关部门。 这些报告计划将投入到点火设施的科研时间由80%压缩到50%，而且让国家核能安全管理局来安排点火设施的事务。国家核能安全管理局负责维护美国的核军火库，该部门计划重点发展模拟核武器内部条件的试验，试验产生的数据将被电脑用于检测核弹头的可靠性。该部门之所以改用电脑检测核武器因为是克林顿总统在1992年宣布了暂停美国地下核试验。 
而领导加州大学对点火设施进行检查的物理学家罗伯特-拜尔(Robert Byer)则称，点火试验已经取得了显著进展。罗伯特-拜尔表示：“单是试验中的激光就已经很不错了。”他还称，每束激光能释放1.85兆焦的能量，大致满足了试验室的预期要求，而且粒子研究工具同样性能良好。 研究项目的变化使得美国罗切斯特大学的一位激光核聚变研究者里卡多-贝蒂(Riccardo Betti)感到担忧，他警告称：“他们必须确保点火试验获得最基本的科研投入。” 点火项目可能将继续下去，因为众多国会议员仍然对这个能源研究项目寄以重望。其他方面的反应为， 美国立法者要求在11月底递交点火项目的新计划。政客们也做好了点火项目比预期延迟的准备，但他们需要看到该项目仍处于正确方向。议会成员称：“点火项目不能就这样结束了，实验室当初保证只要有资金就有不错的科研成果，但如果点火设施在接下来几年时间里仍无法实现既定目标，那我们就不得不考虑该设施是否还具有投资价值。” |
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