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炉石传说黄金卡背:【激光核聚變】中國激光核聚變神器--神光裝置

分類: 航天英雄|2015-04-07 20:26:04

炉石传说牌店关闭 www.hnxna.icu 激光核聚變(laser nuclear fusion)是以高功率激光作為驅動器的慣性約束核聚變。在探索實現受控熱核聚變反應過程中,隨著激光技術的發展,1963年蘇聯科學家N.巴索夫和1964年中國科學家王淦昌分別獨立提出了用激光照射在聚變燃料靶上實現受控熱核聚變反應的構想,開辟了實現受控熱核聚變反應的新途徑激光核聚變。

【激光核聚變】中國激光核聚變神器--神光裝置

激光核聚變要把直徑為1毫米的聚變燃料小球均勻加熱到1億度,激光器的能量就必須大于1億焦,這在 技術上是很難做到的。直到1972年美國科學家J.納科爾斯等人提出了向心爆聚原理以后,激光核聚變才成為受控熱核聚變研究中與磁約束聚變平行發展的研究途徑。

激光核聚變中的靶丸是球對稱的。球的中心區域(半徑約為3毫米)充有低密度(≤1克/厘米3)的氘、氚氣體。球殼由燒蝕層和燃料層組成:燒蝕層的厚度為200—300微米,材料是二氧化硅等低Z(原子序數)材料;燃料層的厚度約300微米,材料是液態氘、氚,其質量約5毫克。有的靶丸的中心區域是真空,球殼由含有氘、氚元素的塑料組成。有的靶丸則用固體氘、氚燃料,球殼由玻璃組成。

【激光核聚變】中國激光核聚變神器--神光裝置

當激光對稱照射在靶丸表面上時,燒蝕層表面材料便蒸發和電離,在靶丸周圍形成等離子體。激光束的部分能量在臨界密度層處(該處的等離子體頻率與入射的激光頻率相等)被反射掉,另一部分能量則被等離子體吸收并加熱等離子體。

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等離子體的熱量通過熱傳導穿過臨界密度層向燒蝕層內傳遞,燒蝕層材料蒸發并向四周飛散產生反作用力(類似火箭推進原理),將靶丸球殼向靶心壓縮(爆聚)產生傳播的球形激波,使靶丸內氘、氚燃料的密度和溫度增加,這種效應稱為向心爆聚。

如果激光脈沖的波形選得合適,則向心傳播的球形激波可會聚到靶丸球心區域,使球心區域一部分氘、氚燃料優先加熱,形成熱斑。當熱斑中的溫度高到足以產生聚變反應時,則釋放出的聚變能量就可驅動通過靶丸徑向向外傳播的超聲熱核爆炸波。

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并在靶丸物質移動之前就能將燃料層的聚變燃料加熱并產生聚變反應,最后將燒蝕層毀掉。因此,激光束的能量僅用于產生向心爆聚和加熱靶心的熱斑燃料上,不需將整個靶丸均勻加熱到熱核聚變溫度,從而降低了對激光器功率的要求。

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實現激光核聚變有直接驅動法和間接驅動法兩種:①直接驅動法是將激光束直接照射在靶丸表面上,驅動器大多是釹玻璃激光器。優點是激光束的能量利用效率高,運行可靠,且可進行時空控制。缺點是必須要求激光束均勻照射在靶丸表面上,否則會造成向心爆聚的不對稱,還可能在燒蝕層等離子體中產生不穩定性,使靶殼破壞,造成靶殼和核聚變燃料相互混合而降低壓縮(爆聚)效果。

此外激光功率的耦合效率(5%—10%)和重復發射脈沖的頻率(每秒輸出1—10個激光脈沖)都不夠高。研究中的新型激光驅動器有KrF準分子激光器及用激光二極管泵浦的固體激光器等。KrF準分子激光器的優點是:波長較短,激光吸收效率高,波形整形能力強,輸出脈沖幅度可變動范圍大等。但還存在諸多技術問題,如激光器的效率、脈沖的重復頻率、光學傳輸的復雜性、激光器的可靠性與耐用性及高成本等。

激光泵浦的固體激光器的優點是重復頻率高、效率高,通過變頻可使波長變短,獲得高功率輸出,運行可靠等。存在的問題是激光二極管造價高,并需要找到長壽命熒光的激光材料。②間接驅動法是將含有聚變燃料的靶丸懸在一個用高Z材料(如金)做成的小腔內,激光束通過腔壁上的小孔照射在腔的內壁上(不是直接照射在靶丸上)。腔壁表面物質吸收激光束的能量溫度升高,產生軟X射線。

在薄壁層熱材料內,輻射和材料之間幾乎是熱平衡的,因而形成軟X射線的輻射場。輻射熱波向冷壁傳輸,高Z冷壁被加熱并發射軟X射線,成為軟X射線的再發射區。軟X射線均勻地照射在腔內靶丸上將其燒蝕,經過向心爆聚等過程產生熱核聚變反應。

間接法的優點是對激光束光斑的均勻性要求不高,且軟X射線能均勻輻照在靶丸表面上,實現對稱爆聚。缺點是激光通過時等離子體會驅動參量不穩定性,而且激光束能量的利用效率不及直接驅動法高。