激光核聚變：沒有輻射的核反應

詮釋激光核聚變

簡單地說，激光核聚變就是利用激光照射核燃料使之發(fā)生核聚變反應。它是模擬核爆炸物理效應的有力手段。

由于激光核聚變與氫彈的爆炸在許多方面非常相似，所以，20世紀60年代，當激光器問世以后，科學家就開始致力于利用高功率激光使聚變?nèi)剂习l(fā)生聚變反應，來研究核武器的某些重要物理問題。我們知道，氘、氚等較輕元素的原子核相遇時，聚合為較重的原子核，并釋放出巨大能量的過程稱為核聚變。人工控制的持續(xù)聚變反應可分為磁約束核聚變和慣性約束核聚變兩大類。后者又可分為激光核聚變、粒子束核聚變和電流脈沖核聚變?nèi)?。激光核聚變主要有三種用途：一是可為人類找到一種用不完的清潔能源。二是可以研制真正的\"干凈\"核武器。三是可以用它代替部分核試驗。因此，激光核聚變在民用和軍事上都具有十分重大的意義。

用不完的清潔能源

隨著石油和煤炭等礦物燃料資源日漸枯竭，人類對替代能源的需求正變得更為迫切。通過激光核聚變，人類就可以利用激光控制核聚變反應，使核聚變按照人類的需要釋放出相應的能量，從而獲得可控的核聚變能源，使人類徹底擺脫能源短缺的困擾。

利用激光核聚變原理建造的發(fā)電站，稱為可控聚變能電站。這種電站的主要燃料是氫的同位素--氘。氘大量存在于海水之中，特別是海洋表層3米左右的海水里。據(jù)專家預測，全球海洋中的重水總儲量為200萬億噸。我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃幸埠写罅康臍?，另外，從地殼中開采的氫也可以為聚變反應堆提供大量的燃料。據(jù)推算，利用氫聚變可以輕而易舉地為人類提供5000萬年之久的能源！可見，通過激光核聚變可以為人類找到一種取之不盡、用之不竭、既經(jīng)濟又實惠的能源。隨著激光核聚變研究地不斷深入，在不遠的將來，人類完全可以用安全、清潔、廉價、豐富的聚變能發(fā)電。而這種能源是除了傳統(tǒng)的石油、煤等以外，人類最有希望獲得的干凈能源。

目前核電站主要是利用鈾核裂變反應釋放出的能量來發(fā)電的，而鈾核裂變會產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物，如果處置不當，就可能污染環(huán)境和威脅人類健康。而利用激光核聚變建造的聚變能電站由于聚變反應本身不會產(chǎn)生放射性污染，而誘發(fā)聚變反應的又是不產(chǎn)生污染的激光，因此，聚變能是一種沒有污染的干凈能源。

根據(jù)專家預測，到本世紀中葉，世界上數(shù)目眾多的激光核聚變設施有可能聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)聚變能發(fā)電的工業(yè)化。屆時，人類就可以以最理想的方式解決對能量的需求。因此，激光核聚變的工業(yè)化騰飛必將引發(fā)一場能源革命，其意義將不亞于人類發(fā)明火。

\"干凈\"的核武器

激光核聚變在軍事上的重要用途之一，是發(fā)展新型核武器，特別是研制新型氫彈。因為通過高能激光代替原子彈作為氫彈點火裝置實現(xiàn)的核聚變反應，可以產(chǎn)生與氫彈爆炸同樣的等離子體條件，為核武器設計提供物理學數(shù)據(jù)、檢驗有關計算程序，進而制造出新型核武器，成為戰(zhàn)爭新的\"殺手\"。眾所周知，早在20世紀50年代，氫彈就已研制成功并裝備部隊。但氫彈均是以原子彈作為點火裝置的。原子彈爆炸會產(chǎn)生大量的放射性物質，所以這類氫彈被稱為\"不干凈的氫彈\"。

采用激光作為點火源后，高能激光直接促使氘氚發(fā)生熱核聚變反應。這樣，氫彈爆炸后，就不產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物，所以，人們稱利用激光核聚變方法制造的氫彈為\"干凈的氫彈\"。傳統(tǒng)的氫彈屬于第二代核武器，而\"干凈的氫彈\"則屬于第四代核武器，它的發(fā)展不受《全面禁止核試驗條約》的限制。由于不會產(chǎn)生剩余核輻射，因此，它可以作為\"常規(guī)武器\"使用。

一旦激光核聚變技術成熟，制造干凈氫彈的成本將是比較低的。這是因為不但核聚變的燃料氘幾乎取之不盡，而且激光核聚變能使熱核聚變反應變得更加容易。通過激光核聚變，可以在實驗室內(nèi)模擬核武器爆炸的物理過程及爆炸效應，模擬核武器的輻射物理學、內(nèi)爆動力學等，為研究核武器物理規(guī)律提供依據(jù)，這樣就可以在不進行核試驗的條件下，繼續(xù)擁有安全可靠的核武器，改造現(xiàn)有核彈頭，并保持核武器的研究和發(fā)展能力。此外，激光核聚變還具有可多次重復、便于測試、節(jié)省費用等優(yōu)點。

各國取得的\"核成績\"

就模擬核試驗技術總體而言，美國仍居世界領先地位。美國不但擁有世界上最大的\"諾瓦\"激光器，而且在1998年美國能源部開始在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室啟動\"國家點火裝置工程\"。這項軍民兩用的高能激光核聚變研究工程計劃于2003年實施，總投資為22億美元。其中的20臺激光發(fā)生器是研究工作的大型關鍵設備。法國激光核聚變研究以軍事化為主要目標。為確保法國TN-75和TN-81核彈頭能始終處于良好狀態(tài)，在1996年，法國原子能委員會與美國合作實施一項龐大的模擬計劃--\"兆焦激光計劃\"，即高能激光計劃，預計2010年前完成，經(jīng)費預算達17億美元。其主要設備為240臺激光發(fā)生器。建造在紀龍德省。這些激光發(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，集中射向一個含有少量氘、氚的目標，從而實現(xiàn)激光核聚變。

早在20世紀70年代，日本就投入了大量財力、人力和物力進行激光核聚變研究。1998年，日本研制成功了核聚變反應堆上部螺旋線圈裝置和高達15米的復雜真空頭，標志著日本己突破建造大型核聚變實驗反應堆的技術難點。

我國著名物理學家王淦昌院士1964年就提出了激光核聚變的初步理論，從而使我國在這一領域的科研工作走在當時世界各國的前列。1974年，我國采用一路激光驅動聚氘乙烯靶發(fā)生核反應，觀察到氘氘反應產(chǎn)生的中子。此外，著名理論物理學家于敏院士，在20世紀70年代中期就提出了激光通過入射口打進重金屬外殼包圍的空腔、以X光輻射驅動方式實現(xiàn)激光核聚變的概念。1986年，我國激光核聚變實驗裝置\"神光\"研制成功?！?/p>

(華迪康薦自《科學發(fā)現(xiàn)報》)