聚爆理论
1972年美国学者尼库尔斯等人公布了聚爆理论。根据这一理论,激光除了使靶丸加热外,还使靶芯压缩,可以成千倍地增加靶芯密度;由于压缩引起的密度的提高,为使聚变达到可以实用的规模,只需几万焦耳以上的能量就够了。聚爆理论增强了科学家们的信心,吹响了向激光聚变点火进军的号角。从此以后,以点火为目标的激光聚变研究就开展了。
根据聚爆理论,为使激光聚变达到点火条件,并产生有益的能量输出,除了要提高激光的能量外,还要求精确控制激光的照射方式。在激光照射的开始阶段,要求激光的功率小一些,以便靶丸表面逐渐汽化,形成一层与地球的大气层类似的冕区,使激光的能量能够均匀地传输到靶丸的表面。然后再通过一次比一次强的激光照射,产生一个比一个快的聚心冲击波,并使这些冲击波能同时达到点火所要求的靶丸半径处。因此在一个1毫米左右直径的氘、氚小丸上,在以十亿分之几秒计的过程中,一共包括冕区形成、表层喷射、多次聚心压缩和芯部点火4个阶段。这4个阶段要求在时间上有精确的衔接,在空间上有精确的同步,这需要何等高超的技术和工艺啊!
经过10多年的努力,激光聚变已取得了明显的进展。1987年,我国上海光学精密机械研究所,建成能量1000焦的“神光”激光装置。如果这1000焦的能量是1秒内产生的,则只有1000瓦的功率。但神光装置的发光时间不到十亿分之一秒,因此功率达十亿千瓦以上,比1989年中国全部发电厂的总功率大9倍以上。利用它轰击0.1毫米直径的氘氚小球,小球的温度可达1000万℃以上,并形成1000万个大气压的向心压力,使小球产生了聚变反应。
在此之前,1980年美国在“希瓦”激光聚变装置上,已使靶材压缩100倍,聚变反应释放的能量,超过了输入的激光的能量的1%,取得了令人鼓舞的成绩。美国为实现激光聚变点火而设计的“诺瓦”装置,能量可达10万焦,1979年5月14日开始建造,1986年1月建成并开始调试和实验。
惯性约束
惯性约束的优点及问题
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