記者日前從國防科技大學(xué)獲悉，該校理學(xué)院卓紅斌團隊在激光核聚變“快點火”研究中取得重要進展。研究人員采用一種全新策略，使轟擊燃料靶的高能電子束得以有效聚焦，從而可大大提高能量利用效率，為最終實現(xiàn)激光核聚變“快點火”帶來了曙光。相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論快報》。
激光核聚變利用超強激光束壓縮燃料靶丸，使之達到“點火”條件從而引發(fā)核聚變，是人類實現(xiàn)可控?zé)岷司圩兊闹匾绞?。由于該核聚變過程需要1億攝氏度以上的極高溫和1000億倍大氣壓的極高壓條件才能觸發(fā)，能否成功“點火”是關(guān)鍵和難點所在，科學(xué)家至今尚未攻克。目前的最新進展來自美國的國家點火裝置nif。盡管其在2014年年初宣布實驗中釋放的能量首次超過燃料吸收能量，但“點火”仍未能實現(xiàn)。
“快點火”的瓶頸之一在于高能電子束的大發(fā)射角。據(jù)介紹，在高能量密度電子束輸運過程中，大發(fā)散角將嚴重影響能量沉積效率進而影響“點火”的實現(xiàn)。為此，卓紅斌團隊提出了一種高能電子束定向準直理論，并構(gòu)建了新物理方案。簡單地說，該方案分成“兩步走”，即先用單束長脈沖激光打到靶背面，在靶背面形成一個由等離子體構(gòu)成的內(nèi)嵌環(huán)形磁場;約0.4納秒后，在靶正面輻照一束短脈沖激光，當(dāng)由短脈沖激光產(chǎn)生的高能電子束向背面?zhèn)鬏敃r，籠罩在外的環(huán)向磁場構(gòu)成一具“透鏡”，對電子束運動方向進行約束，使得發(fā)散角降低，從而實現(xiàn)發(fā)散電子束的有效聚焦。
在日本大阪大學(xué)實驗室和天津國家超算中心進行的驗證性實驗和數(shù)值模擬結(jié)果表明，該方案成功使高能量密度電子束的初始發(fā)散角從50度減小至10度，且聚焦電子數(shù)密度提升一個量級，有助于更好地達到“點火”所需條件。下一步，研究人員將深入研究高能電子束在靶內(nèi)的傳輸過程和控制方法，以真正實現(xiàn)“點火”。
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