激光核聚变drc
激光约束核聚变-
神光-II 激光驱动器
2010.09.15
2010.09.15
规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍,。
2019年4月，神光Ⅱ装置成功突破100万亿瓦大关， 输出峰值功率达到120万亿/36飞秒 国际上只有少数发达国家的著名实验钛宝石激光 装置输出功率超过100万亿瓦
2010.09.15
概 2、第一次工业革命发明了以煤为燃料的蒸汽机， 煤的开采迅速发展 3、魏源的《海国图志》介绍了西方的蒸汽机，
况 洋务运动引进了先进的蒸汽机器。 4、改革开放后，中国的煤产量世界第一
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特点：能量高，运用广泛；但资源有限，污染严重 作用：在古代提高了手工业生产的效率，方便人民的
生活。在近代使社会生产由手工操作发展到机 器生产。也促进了交通和军事的近代化。同时 造成了环境污染。
第一台CO2分子激光器 1965年9月 王润文等
第一台CH3I化学激光器 1966年3月 邓锡铭等
第一台YAG激光器
1966年7月我国屈各类乾激华光器等的“第一
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神光-Ⅰ激光驱动器 第一个激光专业研究所-中国科学院上海光机所
2010.09.15
总建筑面积4612平方米，为4层钢筋混凝土框架结构， 总高度15米。该装置输出两束口径为200mm的强光束， 每束激光的峰功率达1万亿瓦，脉冲宽度有1ns和100ps 两种，波长为1.053μm的红外光，可倍频到0.53μm 绿光。
神光Ⅱ在1000万亿分之36秒的超短瞬间内， 迸发出相当于全球电网发电总和数十倍的强大功率. 不论是国外还是国内，巨型激光驱动器都是综合 国力的反映，能够代表一个国家在这一领域的 科技水平。 它的研制对相关科学技术有重大的带动作用。
激光约束核聚变小论文
激光约束热核聚变摘要：本文主要介绍核聚变、可控核聚变的原理以及世界各国近年来在这方面的研究。
关键字：核聚变、可控核聚变、大功率激光器核聚变是指质量较小的原子在一定条件下发生原子核相互聚合作用而生成新的质量更大的原子核并释放出巨大能量的核反应形式。
可控核聚变是指核聚变在人类控制下，利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务。
核聚变能释放出巨大的能量，而且反应并不会产生放射性物质，反应也是在稀薄气体中持续稳定进行的，因而可控核聚变是安全而清洁的。
核聚变所需的原料氘、氚在海水中的含量极为丰富，据估计，每升海水中含0.05克氘，相当于300升汽油燃烧所产生的热量，地球上的海水中共含45万亿吨氘，如果全部用于核聚变可供人类使用几百亿年。
而氚可以由锂和中子作用得到，锂在海洋中含量也十分丰富。
因而在煤炭、石油等一次性能源日渐枯竭而且环境污染也越来越严重的情况下，清洁、高效且原材料取之不尽的可控核聚变成为了人类解决能源危机的希望。
核聚变想要发生必须使得聚变的原子之间的距离达到飞米级即10的负十五次方级别，想达到这个级别必须使原子拥有非常大的动能才能克服电荷之间的斥力，而要是原子得到如此大的动能就必须要将原子加热到很高的温度，只有达到某个温度值之后核聚变才能发生，氢弹的爆炸就是先通过引爆原子弹利用其产生的巨大热量使得氢弹内部发生核聚变从而实现氢弹的引爆的。
目前为止人类已经实现了不受控制的核聚变，例如氢弹，但想要实现能量的合理利用就必须要使核聚变按照合理的速度和规模发生。
目前为止实现可控核聚变的方式有超声波核聚变、激光约束核聚变、磁约束核聚变等方法。
激光约束核聚变又称为惯性约束核聚变，是将几毫克氘、氚的混合气体放在直径约为几毫米的小球内，利用强激光束从外面均匀照射到小球表面，球面吸收能量之后向外蒸发，而球面内层在反作用力的作用下向内挤压，就像喷气式飞机通过向后喷射出大量气体从而推动飞机向前飞行一样，随着小球不断地向内挤压，球内气体的气压急剧升高，同时伴随着温度的急剧升高。
激光聚变
激光核聚变激光核聚变，是利用超强激光束压缩燃料靶丸，使之达到“点火”条件从而引发的核聚变，是人类实现可控热核聚变的重要方式。
由于该核聚变过程需要1亿度以上的极高温和1千亿倍大气压的极高压条件才能触发，能否成功“点火”是关键和难点所在，科学家们至今尚未攻克。
目前的美国的国家点火装置NIF，尽管其在2014年初宣布实验中释放的能量首次超过燃料吸收能量，但“点火”仍未能实现。
中国的卓红斌团队提出了一种高能电子束定向准直理论，并构建了新物理方案，简单说分“两步走”，即先用单束长脉冲激光打到靶背面，在靶背面形成一个由等离子体构成的内嵌环形磁场；约0.4纳秒后，在靶正面辐照一束短脉冲激光，当由短脉冲激光产生的高能电子束向背面传输时，笼罩在外的环向磁场构成一具“透镜”，对电子束运动方向进行约束，使得发散角降低，从而实现发散电子束的有效聚焦。
惯性约束核聚变是一种产生核聚变能量的方法，其操作原理是利用高功率激光束辐照氘氚等热核燃料组成的微型靶丸，在极短时间里靶丸表面会发生电离和消融而形成包围靶芯的高温等离子体。
等离子体膨胀向外爆炸的反作用力会产生极大的向心聚爆压力，在压力的作用下，氘氚等离子体被压缩到极高的密度和温度，引起氘氚燃料的核聚变反应。
一直以来，人们希望能通过惯性约束核聚变产生既干净又经济的能量，但是技术限制等因素让相关工作面临许多困难。
其中，美国劳伦斯·利弗摩尔国家实验室教授Omar Hurricane及其科研团成功克服了障碍，实现了总增益超过初始功率的实验。
他们使用192支激光，替一颗燃料芯块进行加热和压缩至核聚变反应发生。
据悉，NIF可以把200万焦耳的紫外线能量，通过192条激光束聚焦到一个2毫米大的冷冻氢气球上，从而产生1亿摄氏度的高温和约为地球大气压1000亿倍的高压，类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时产生的温度和压力。
在此基础上，科学家可进行此前在地球上无法进行的许多试验。
首先，研究人员沿反应室四周搅动熔铅，创造出中间有空隙的涡流；在空隙中，他们点燃聚变燃料“紧凑环形线圈”。
人类首次实现聚变“点火”,激光聚变取得历史性突破
人类首次实现聚变“点火”,激光聚变取得历史性突破
郑万国;齐红基
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2023(52)1
【摘要】2022年12月13日,美国能源部(DOE)及其下属的国家核安全管理局(NNSA)宣布,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)利用其建立的国家“点火”装置(NIF),在人类历史上首次实现了聚变产能大于驱动聚变发生的激光能量这一“点火”里程碑,将为美国核武器物理规律和效应研究、核武器库存管理等提供重要支撑,为
未来清洁能源的发展铺平新的道路,并为高能量密度物理研究提供新的手段和平台。
本文专访了中国工程物理研究院激光聚变研究中心郑万国研究员,就发布会传递信息、惯性约束聚变(ICF)实现途径及存在难点、激光聚变“点火”历程、未来ICF
和惯性聚变能(IFE)发展前景,以及激光晶体在ICF和IFE中重要作用等业界广泛关
心的几个问题进行解读,以期为读者提供专业的信息,使大家进一步了解ICF发展趋
势和IFE发展前景,并针对相关晶体材料开展基础研究及关键技术攻关,牵引和支撑
未来激光聚变驱动装置建设。
【总页数】8页(P1-7)
【作者】郑万国;齐红基
【作者单位】中国工程物理研究院激光聚变研究中心;中国科学院上海光学精密机
械研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TL62;TL632
【相关文献】
1.激光聚变冲击波点火的热斑形成机制
2.美核聚变点火装置完工全球最大的激光系统问世
3.上海光机所激光核聚变快点火新方案基础物理研究取得重要进展
4.美国国家点火装置聚变研究取得重要突破
5.核聚变取得新突破,人类拥有终极清洁能源的目标还远吗?
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激光核聚变将实现于下世纪初
作者： 张橙华
作者机构： 苏州大学!215006
出版物刊名： 物理教师
页码： 35-38页
主题词： 激光核聚变 惯性约束核聚变 下世纪 磁约束 高密度层 物理学家 激光聚爆 实验反应堆 热核点火 概念性设计
摘要： 几十年来物理学家一直在努力研究核聚变,希望能为人类提供取之不竭的能源.最近几年磁约束核聚变有了重大进展,1991年欧洲联合环流器(JET,设在英国)率先实现了得失相当的氘氚聚变.美、俄、日、欧四方正准备合作建造国际热核实验反应堆(ITER,将设在德国),它的概念性设计早已于1990年完成,现正在作工程设计.ITER将能实现热核点火,Q(输出能量与输入能量之比值)达3～5,预计在2005年开始运行.另一方面,曾轰动一时后又默默进行的激光核聚变研究也进入了最后冲刺,各国竞相提出新的研究计划,希望抢先实现Q≈10的核聚变反应.。
实时监测激光核聚变靶球涂敷状态的CCD成像系统设计
第 ２ 卷第 １ ９ 期
２０ ０ ２年 ２月
光 电工程
Ｏｐｏ Ｅｅ ｔ ｎ ｃＥ ｇｎ ｅｉ ｇ ｔ・ ｌｃｒ ｉ ｎ ｉｅ ｉ ｏ ｎ
、 Ｉ ９ Ｎ０ １ ，． ． ． ０ ２
Ｆｅ ． ０ ｂ ２ ｏ２
文章编 号 ： １０ — ０ Ｘ ２ ０ ） １ ０ ３ — ４ ０ ３ ５ １ （０ ２ ０ — ０ ０ ０
ｌｎｓｆ ｒｃ ｅ ｏ ｏｍｐ ｅ ｓｎｇ ｏ － ｘ ｓｒ ｙ ｎ ｒ ｓ ｉ ｆ ａ ｉ ａ ｓａ ｄ ＣＣＤ ｅ ｏ ， ｓ ｎｓ ｒ ａ ＣＣＤ ｃ ｎ ｉ ｎ ｍ ａ ｉ ｇ ｓ ｔ ｍ ｉ ｈ ｃ ｎ Ｓ ａ ｓ ａ ｎ ｎｇａ ｄ ｉ ｇ ｎ ｙｓｅ ｗｈ ｃ ａ Ｃ ｎ
序 ，通过 计算机 实现 了判断 其瞬 间 实时状态 的连续 监测 ，代 替人 眼观察 ，克服 了易疲 劳、易 出错 、漏检 多 、 制造 效 率低 ｒ 的缺 点 。本文 着 重介绍 ＣＤ成像 光学 系统 的设计 ．利刚 现成 可购置 的照 相物 镜作 转像物 镜先 Ｃ
Ｓ ｉ ｕｎ ＨＩＢａ － ａ ， ＬＩＣａ ・ ｎ ， Ｎ ｏ ｘ ｉｆ ｇ ＹＩ Ｈａ ｅ
（ｔｔ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ Ｍｏ ｅｎＯ ｔ ａ ｓｒｍｅ ｔ Ｓａｅ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｆ ｄ ｒ ｐｉ ｌｎｔ ｃ Ｉ ｕ ｎｓ ， Ｚ ￣ｉｎ ｎｖｒｉ ， ｎ ｚ ｏ ３ ０ ２ ， ｈｎ ） ｈ ａ ｇＵ ｉ ｓｙ Ｈａ ｇｈ ｕ １０ ７ Ｃ ｉａ ｅ ｔ
和 ＣＤ Ｃ 传感器相组合 ， 设计斜向视场上 的二堆扫描机构构成 了 可在 ８ ２ｍＸ ４ｍ ．ｍ ４ｍ 全枧场扫描检测
的 ＣＤ扫描 成 像 系统 ，无论 是 空间分辨 力或 时 间分辨 力都 达到 了实时监 测 的要 求 ，大大提 高 了靶 Ｃ 球膜 层的涂敷 效率 关健 词 ： Ｃ Ｄ成 像 系统 实时监 测 ； 激 光核 聚 变；靶球 Ｃ 中图分类 号 ：Ｔ ２ ７ Ｎ ４ 文 献标 识码 ：Ａ
核聚变能量的技术挑战与突破
核聚变能量的技术挑战与突破当我们谈论未来能源的希望时，核聚变常常被视为那道璀璨的曙光。
核聚变能，拥有几乎取之不尽、用之不竭的潜力，一旦实现商业化应用，将彻底改变人类的能源格局。
然而，这条通往核聚变能源的道路并非坦途，充满了重重技术挑战，但同时也不断有令人鼓舞的突破。
首先，让我们来了解一下什么是核聚变。
简单来说，核聚变就是将轻原子核（如氢）融合在一起，形成较重的原子核（如氦），这个过程中会释放出巨大的能量。
太阳的能量就来源于其内部持续不断的核聚变反应。
要在地球上实现可控核聚变，面临的第一个巨大挑战就是高温。
核聚变需要极高的温度，通常要达到数亿摄氏度，才能使原子核具备足够的能量来克服彼此之间的静电排斥力，从而发生融合。
这样的高温条件，对材料的承受能力提出了近乎苛刻的要求。
目前的材料科学还难以找到一种能够在如此高温下长时间稳定工作的物质。
其次，是如何有效地约束和控制核聚变反应。
在太阳内部，强大的引力起到了约束核聚变的作用。
但在地球上，我们无法依靠引力，而是需要采用磁场或惯性等方式来实现约束。
磁约束是目前研究的主流方向之一，例如托卡马克装置，通过强大的磁场将高温等离子体约束在一个环形空间内。
然而，要实现稳定、高效的磁约束，仍然面临着诸多难题，如磁场的精确控制、等离子体的不稳定性等。
除了高温和约束问题，燃料的获取和处理也是一个关键挑战。
核聚变通常使用氘和氚作为燃料。
氘在海水中相对丰富，但氚的获取却较为困难，需要通过核反应来产生。
而且，在核聚变过程中，燃料的注入、燃烧和排出都需要精细的控制，以确保反应的持续稳定进行。
尽管面临着如此众多的技术挑战，但科学家们在核聚变研究领域也取得了一系列令人瞩目的突破。
在高温实现方面，新的加热技术不断涌现。
例如，激光加热和微波加热等方法的应用，使得我们能够更有效地将等离子体加热到所需的高温。
同时，对等离子体物理的深入研究，也让我们对高温下物质的行为有了更清晰的认识，为解决高温难题提供了理论支持。
核物理讲座-激光核聚变装置
核聚变
氘核 氚核
核聚变
氘、氚核都带电， 聚变发生要求二 者必须足够接近， 因此要求具有高 能量，即高温度。 氦-4
2H 1
中子
4 He + 1 n 2 0
+ 3H 1
+ 能量
恒星内部核聚变
核聚变与受控核聚变
受控核聚变：
让轻原子核（氢、氘、氚）聚合所产生的核能以可 控的方式释放出来并有可观的能量增益的核反应
核聚变实验装置
韩纪锋 原子核科学技术研究所 2011-5
主要内容
核聚变简介 激光核聚变发展历程 聚变靶的结构特征 团簇靶
原子核内部结构
强作用
原子核平均结合能
ห้องสมุดไป่ตู้
重原子核分裂为 两个较轻的原子 核时，释放出巨 大的能量。 两个较轻的原子 核结合为一个大 的原子核后，释 放出更大的能量。
磁约束聚变原理
用磁场将等离子 体约束在真空中 通过感应、中性 束、离子回旋共 振、电子回旋共 振、低杂波等方 式将等离子体加 热到上亿度的高 温
前苏联科学家于20世纪50年代提出的托克马克最为可行
ITER装置 示意图
建造经费 5亿欧元， 10年 20年运行 经费5亿 欧元
EAST
SILEX-1装置
Super Intense Laser for Experiments on the EXtremes 能量200钛瓦，聚焦功率密度达到 1021W/cm2. 脉宽30fs
激光团簇聚变
gas jet Intercluster fusion
beam-target fusion
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美国国家点火装置实验室的俯视图
美国人造小太阳耗资12亿美元，是世界上最大的 激光点火装置，整个激光装置的大厅有215米长， 120米宽，每次激光脉冲持续时间大约为十亿分之一 秒，最大输出能量为 1800千焦，其瞬间最大输出功 率为54000亿千瓦，是美国所有电厂输出功率的500 倍。如此大功率的激光装置完全能点燃人造小太阳。
2、核聚变产生的条件
● 核聚变燃料氘、氚 ● 临界条件高压、高温
3、激光诱导核聚变
激光核聚变就是利用激光照射核燃料使 之发生核聚变反应。
我国独立研制的核聚变装置
核聚变反应示意图
二 激光核聚变的发展现状
1、国外激光核聚变的发展现状
● 在激光核聚变研究领域，美国无疑居 于领先地位。美国不仅拥有 “诺瓦”激光器、 世界上功率最大的 X射线模拟器，而且， 早1998年，美国能源部就开始在劳伦斯利 弗莫尔国家实验室启动“国家点火装置工 程”。
目
录
一 激光核聚变的原理
1、激光的性质 2、核聚变产生的条件 3、激光诱导核聚变
二 激光核聚变的发展现状
1、国外激光核聚变的发展现状 2、中国激光核聚变的发展现状
三 激光核聚变的意义
1、民用激光核聚变 2、科研激光核聚变 3、军用激光核聚变
一 激光核聚变的原理
1、激光的性质
● 空间相干性和方向性 ● 时间相干性和单色性 ● 激光的高亮度
2、科研激光核聚变 ● 实验室模拟聚变反应过程，研究许多 极端条件物理问题。 科学家可以用它模拟核爆 ； 科学家可模拟超新星、黑洞边界、恒星 和巨大行星内核的环境，将为科学界提供大 量之前无法获取的数据；
3、军用激光核聚变 ● 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。
● 1974年，我国采用一路激光驱动聚氘乙烯 靶发生核反应，并观察到氘氘反应产生的中 子。 ● 此外，著名理论物理学家于敏院士在20世 纪70年代中期就提出了激光通过入射口、打 进重金属外壳包围的空腔、以 X光辐射驱动 方式实现激光核聚变的概念。 ● 1986年，我国激光核聚变实验装置“神 光”
中国人造太阳实验装置
人造太阳使温度瞬间达1亿度
三 激光核聚变的意义
1、民用激光核聚变 ● 提供清洁的能源，解决能源危机 一个氘原子核和一个氚原子核碰撞，结合 成一个氦原子核，并释放出一个中子和17.6兆 电子伏特的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为 蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂 变能的1000万倍，如果把自然界中的氘用于聚 变反应，释放的能量足够人类使用100亿年。
● 早在20世纪70年代，日本就投入了大量 财力、人力和物力进行激光核聚变研究。 1998年，日本研制成功了核聚变反应堆上 部螺旋线圈装置（ L H D）和高达 15米的 复杂真空头，标志着日本已突破建造大型 核聚变实验反应堆的技术难点。
2、中国激光核聚变的发展现状
● 我国著名物理学家王淦昌院士1964年就提 出了激光核聚变的初步理论，从而使我国在这 一领域的科研工作走在当时世界各国的前列。
美国国家点火装置NIF
NIF可以把180 万焦耳的能量 ，通过192条 激光束聚焦到 一个2毫米大 的冷冻氢气球 上，从而产生 高达摄氏1亿度 的热力，类似 恒星和巨大行 星的内核以及 核爆炸时的温 度和 T N－75和 T N－81核弹 头能始终处于良好状态，早在1996年，法 国原子能委员会就与美国合作实施一项庞 大的模拟计划——— “兆焦激光计划”，即 高能激光计划 。