惯性约束核聚变 核能的安全使用是缓解能源危机的有效途径。相对于核裂变,核聚变具有无放射性,单位质量提供的能量多等优点,而且地球上核聚变物质储量远远多于核裂变物质储量。实现受控核聚变。 聚变的原理: 他们是利用加速器或其它方法使原子核相互碰撞, 从而得到或失去能量。 要实现受控核聚变,必须满足两个基本条件,一是必须将燃料加热到很高的热核反应温度;二是,必须在足够时间长时间内将高温高密度等离子体约束在一起。Law son 判据限定了实现核聚变的具体条件,即受约束的等离子体必须达到一定的密度n 、温度T 及约束时间 。对氘氚反应,)/(109.3311mmsn,T 约为K810。 有两种方法,实现受控核聚变。一是磁约束聚变(Magnectic Confinement Fusion,MCF),就是利用磁场将带电离子约束住,使之发生聚变的反应。二是激光驱动惯性约束聚变,就是基于氢弹原理,即利用高能激光驱动器在极短时间将巨变燃料小球(靶丸)加热、压缩到高温、高密度,使之在中心“点火”,点燃后继核反应实现受控核聚变,从而获得干净聚变能源。 聚变过程可分为四个阶段:一、强激光束快速加热氘氚靶丸表面,形成等离子体烧蚀层;二、驱动器的能量以激光或 X 光形式迅速传递给烧蚀体,使之加热并迅速膨胀;当壳体外部向外扩张时,根据动量守恒定理,剩余部分则向中心挤压,反向压缩燃料;三、向心聚爆将靶丸压缩至一定程度,使氘氚燃料达到高温、高密度状态,在靶丸中心形成热点;四、热核燃烧在被压缩的燃料内部蔓延,使主体燃料发生聚变反应,产生数倍的能量增益,从而产生大量的聚变能输出。 现在的惯性约束核聚变存在以下问题: 一、激光和离子束功率没有达到足够大; 二、激光必须照射均匀,小球壳本身厚薄均匀; 三、目前的爆炸方法有待改进。 ICF 研究进展 自从 60 年代初激光器问世以后,中、美、日、前苏联等国即着手激光驱动 ICF 研究,多年来ICF 研究已在世界范围内取得了重要进展。但目前仍处在科学上可行性研究 阶段,即掌握主要环节的靶物理规律,实现实验室演示点火目标。为此需要驱动器(主要是高功率、高能量激光器)、靶物理理论和实验、精密诊断设备、靶的制备五个方面协调研究发展。下面主要介绍美、法、日等国在激光驱动器和靶物理方面的研究发展情况。 美国 从1975年至今,已建立了6代固体激光器,输出功率提高了近5个量级。 1985年建成了当时世界上最大的固体激光器NOVA,脉宽约1ns,10路、三...