激光核聚变面临的问题有哪些 激光核聚变的原理

　　1972年美国科学家J.纳科尔斯等人提出向心 爆聚原理以后，激光核聚变才成为受控热核聚变研究中与磁约束聚变平行发展的研究途径。

　　激光核聚变中的靶丸是球对称的。球的中心区域（半径约为3毫米）充有低密度（≤1克/厘米3）的氘、氚气体。球壳由烧蚀层和燃料层组成：烧蚀层的厚度为200—300微米，材料是二氧化硅等低Z（原子序数）材料；燃料层的厚度约300微米，材料是液态氘、氚，其质量约5毫克。有的靶丸的中心区域是真空，球壳由含有氘、氚元素的塑料组成。有的靶丸则用固体氘、氚燃料，球壳由玻璃组成。

　　核聚变研究的最终目的是为人类提供未来的能源。氢弹是以不可控的形式显示了核聚变能的威力。人们正在做出巨大努力，去实现可控的核聚变。目前，核聚变反应堆的研究正处在实现高增益的前夜。

　　激光核聚变的原理

　　核聚变的原理是在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来。

　　大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。这是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。

　　核聚变技术的里程碑

　　2022年13日10时美国公布了一项突破性的科学成就：人类首次实现了激光核聚变的点火成功。针对核聚变的点火成功其实也就是输入能量小于输出能量，这个过程就是点火。科学家利用192束强大的激光束照射到米粒大小的氘氚等离子体目标，输入能量达到了2.05兆焦，而核聚变输出的能量达到了3.15兆焦，最终的能量增益达到了153%。几十年了，核聚变技术终于迎来了里程碑式的发展，距离商用还有很长的路要走，但至少算是一步巨大的成功。

　　激光核聚变在军事上的重要用途之一是发展新型核武器，特别是研制新型氢弹。因为通过高能激光代替原子弹作为氢弹点火装置实现核聚变反应，可以产生与氢弹爆炸同样的等离子体条件，为核武器设计提供物理学数据、检验计算程序，进而研制新型核武器。

　　激光核聚变技术上的成熟，制造“干净氢弹”的成本大为降低。因为核聚变的燃料氘几乎取之不尽，而且使热核聚变反应更加容易。通过激光核聚变，可以在实验室内模拟核武器爆炸的物理过程及爆炸效应，为研究核武器物理提供依据，可以在不进行核试验的条件下，拥有安全可靠的核武器，改造现有核弹头，并保持核武器的研究和发展能力。激光核聚变可多次重复、便于测试、节省费用等。

　　激光核聚变面临的问题有哪些

　　激光核聚变面临的关键挑战和问题：

　　1） 入射激光总能量转化为靶丸内爆能量的效率太低，只达到1-2%左右。如何提高转化效率是ICF 能否成功的关键；

　　2） 现有ICF 内爆压缩过程中密度压缩和温度提升是耦合在一起的，能否将压缩过程与加热过程分离，分别对其控制？

　　3） 激光等离子体相互作用不稳定性不仅造成激光能量的散射，而且可能会由于超热电子的预热导致压缩困难，能否有效控制激光等离子体相互作用过程中不稳定性、束间能量转移？

　　4） 在内爆过程中，能否有效控制等离子体流体力学不稳定性的非线性增长？

　　5） 如何实现烧蚀压的压力？

　　6） 如何避免燃料混合？

　　7） 如何提高靶质量等关键技术？

　　从长远角度来看，激光聚变的成功实现将一劳永逸地解决人类能源问题，为我们带来史无前例的巨大的经济和社会效益。同时，激光聚变可以用来模拟核武器相关过程，这对于国家安全意义重大。

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