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核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下(如超高溫和高壓)，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。 如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽發(fā)光發(fā)熱的能量來源。 磁約束核聚變(托卡馬克)、慣性約束核聚變(激光約束、粒子束約束等)、以及比原子彈威力更大的核武器—?dú)鋸棧褪抢煤司圩儊戆l(fā)揮作用的。核聚變能釋放出巨大的能量，氫彈爆炸是非受控的人工核聚變，而受控核聚變具有極其誘人的前景。 輕核聚變與目前核電站的重核裂變相比，有三大優(yōu)點(diǎn)。一是高效。溫度更高、能量更大；二是安全，全部反應(yīng)不產(chǎn)生放射性污染物；三是可控性好。聚變反應(yīng)只要中止燃燒就立即中斷，不會(huì)“鏈?zhǔn)窖永m(xù)”。 2006 年9月耗時(shí)8年、耗資2億元人民幣由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所自主設(shè)計(jì)、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置EAST(“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置)首次成功完成放電實(shí)驗(yàn)，獲得電流200千安、時(shí)間接近3秒的高溫等離子體放電。 根據(jù)設(shè)計(jì)，EAST產(chǎn)生等離子體最長時(shí)間可達(dá)1000秒，溫度將超過1億度。 “人造太陽”的原理，就是在這臺(tái)裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘或氚，通過類似變壓器的原理使其產(chǎn)生等離子體，然后提高其密度、溫度，使其發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生巨大的能量。1升海水提取的氘，在完全的聚變反應(yīng)中釋放的能量，相當(dāng)于燃燒300升汽油釋放的熱能。因此一旦這種技術(shù)成熟，建立了電站，就相當(dāng)于建立了一個(gè)“人造太陽”。 EAST比國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER在規(guī)模上小很多，但兩者的等離子體位形及主要的工程技術(shù)基礎(chǔ)是相似的，而EAST至少比ITER早投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行10年至15年。（ITER是目前世界上最大的國際間科技合作項(xiàng)目之一，總投資約46億歐元，其目標(biāo)是要建造可控制的核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆）。 EAST成為世界上第一個(gè)建成并真正運(yùn)行的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平。 激光核聚變(ICF)就是利用高功率激光照射核燃料使之發(fā)生核聚變反應(yīng)。高功率的激光會(huì)聚到充滿核聚變材料(氘或氚)的小球上，激光的能量將球殼表面燒蝕并離子化，剝離時(shí)產(chǎn)生的反作用力使內(nèi)層材料向內(nèi)壓縮，使核聚變材料達(dá)到極高的溫度和密度從而引發(fā)核聚變反應(yīng)。這就是ICF裝置工作的基本原理。 利用激光核聚變?cè)斫ㄔ斓陌l(fā)電站稱為可控聚變核電站。這種電站的主要燃料是氫的同位素—氘，氘大量存在于海水中，通過激光核聚變，人類就可以利用激光控制核聚變反應(yīng)，使核聚變按照人類的需要釋放出相應(yīng)的能量，從而獲得可控的核聚變能源。 美國的國家點(diǎn)火設(shè)施：80年代中期，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室建造了一個(gè)稱為諾瓦的裝置。諾瓦用釹玻璃固體激光的3倍頻作點(diǎn)火光源，波長351納米，脈沖能量45千焦，脈寬2.5納秒（峰值功率為1.8×1013瓦）。 1994年11月，被稱為“國家點(diǎn)火設(shè)施”的激光核聚變計(jì)劃正式簽發(fā)，同時(shí)得到能源部“慣性約束核聚變”顧問委員會(huì)的贊同，并于1996年的國會(huì)預(yù)算中獲得0.61億美元的撥款。國家點(diǎn)火設(shè)施計(jì)劃采用192束351納米波長的激光，總能量為1.8兆焦。 1998年，美國能源部就開始在勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)“國家點(diǎn)火裝置工程”。這項(xiàng)高能激光核聚變研究工程計(jì)總投資為22億美元。它是一項(xiàng)龐大而又復(fù)雜的巨型光學(xué)工程。其主光路分為六個(gè)部分，分別是主激光系統(tǒng)、光束控制系統(tǒng)、激光注入系統(tǒng)、光脈沖發(fā)生系統(tǒng)、光開關(guān)區(qū)域以及終端光束會(huì)聚系統(tǒng)，NIF建設(shè)和試運(yùn)轉(zhuǎn)完成后, 2010年將開始進(jìn)行正點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)。調(diào)試工作包括進(jìn)行一系列優(yōu)化和測試實(shí)驗(yàn), 以獲取點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)所必需的關(guān)鍵激光參數(shù)和點(diǎn)火靶參數(shù)。 法國“太陽神”及未來計(jì)劃：1996年，法國原子能委員會(huì)就與美國合作實(shí)施一項(xiàng)龐大的模擬計(jì)劃—“兆焦激光計(jì)劃”，即高能激光計(jì)劃，預(yù)計(jì)2010年前完成，經(jīng)費(fèi)預(yù)算達(dá)17億美元。其主要設(shè)施——240臺(tái)激光發(fā)生器可在20納秒內(nèi)產(chǎn)生1.8兆焦能量，產(chǎn)生240束激光，集中射向一個(gè)含有少量氘、氚的直徑為毫米的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)激光核聚變。 日本“新激光Ⅻ”系統(tǒng)：早在20世紀(jì)70年代，日本就投入了大量財(cái)力、人力和物力進(jìn)行激光核聚變研究。日本目前正在運(yùn)轉(zhuǎn)的有代表性的裝置是大阪大學(xué)激光核聚變研究中心建造的“新激光Ⅻ”系統(tǒng)。隨著最近拍瓦（l拍瓦=1015瓦）激光器的迅速發(fā)展，該中心正在研究一種“高速點(diǎn)火”方法，其目標(biāo)是力爭實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、燃燒和高增益化。 |
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