世界最大激光点火装置在建，核聚变其实不光只能“烧开水”

据《路透社》2月份报道，四川某地正在建造一座十分巨大的神秘装置。据国外专家分析，它很可能是超大型激光点火核聚变研究设施。

之前的新闻相信大家应该都看到了，咱们的“EAST”托卡马克核聚变实验装置在1月20日实现了“亿度千秒”的成绩，但这次在建的设施与它并不相同。

▲卫星拍到的四川某地的巨大神秘设施

在正式开始说之前，先来解决一个很多人的疑惑。那就是大家都知道，核聚变发生时所产生的温度是很高的。太阳就是时刻在进行核聚变，其中心的温度达到了1500万度。

以“EAST”装置为例，其内部等离子气体温度达到1亿度，还能保持1000多秒。地球上自然没有任何材料能够承受这种温度。那如此高温是如何存在于装置里内呢？

▲“EAST”内部等离子气体温度达1亿度

早期的科学家们就开始思考如何对其进行约束，后来发展出了两种主要技术路线，磁约束和惯性约束。

▲国际上主要的可控核聚变装置

国际上应用最多的是磁约束。其中，托卡马克装置是各国的主要发展的磁约束类型。简单来说就是利用三组不同的线圈共同作用，加热并约束高温等离子体。

其中极向线圈和环形线圈用来约束等离子气体，中央螺线管也叫欧姆线圈，用来不断加热等离子气体，以触发核聚变反应。

▲托卡马克装置示意图

另一种就是惯性约束，也是今天的主题。

目前惯性约束基本上全部由激光点火实现。拿最著名、也是目前世界上最大的“美国国家点火装置”(NIF)来说，它的主体结构由两个激光室和一个靶室组成。

▲美国国家点火装置(NIF)

最初，激光发生器会生成一束极弱的激光脉冲，经过前置功率放大后被分为4簇，之后再分别射入192条传输装置，并经过多级放大和净化后达到极高能量并射入靶室内部的靶舱。此时所有射线的总能量已由最初的十亿分之一焦耳变成了200万焦耳。

多束高能激光束射入靶舱内的腔体两端。最终的目的是要对腔体内的小球加热并压缩，此时的温度达到1亿度和1000亿个大气压，使其具备启动聚变反应的两个条件，即高温和高压。这些光束同时对反应进行惯性约束。小球内含有大约10毫克的氢的同位素作为核聚变的燃料，也就是氘和氚。

▲装有氘和氚的小球

▲放置小球的腔体

▲靶室、腔体、小球的位置关系

众所周知，氢弹的聚变反应就是由弹体内部的小型原子弹爆炸产生的高温高压来引发，由此类比，相信对于激光点火的原理就不难理解了。

▲激光射入腔体内部的场景

▲小球发生核聚变的大致过程

咱们这次建造的设施根据专家初步估计至少比NIF大50%以上。NIF的面积等于三个足球场，咱们这个大约等于5个足球场，想想它有多大。

而且相比NIF的两个激光室，咱们点火装置的激光室达到了四个，中间靶室看起来更是大得多。必定可以产生比NIF更高的激光功率和更好的实验效果。

▲NIF的内部结构

另外，研究磁约束主要是为了能够发电，因为它可以长时间运行。虽然咱们的装置运行了一千多秒，但是目前还没实现净能量增益，通俗的说就是输出的能量比输入的少。

▲多国参与的国际托卡马克装置正在建造

而所有的装置中目前达到过净增益的只有美国的NIF，但这一结果存有争议。但不管怎么说，激光约束即便能够产生净增益也很难用于发电，因为之前所说的照射过程只发生在几纳秒内，即便产生了能量也不容易进行收集和存储。

▲摄像机捕捉到小球发生聚变时的场景

其实它的最大作用是进行氢弹的模拟。因为受条约管控，当今各国已经都已经停止了核试验。美国曾进行1000多次核试验，中国却只有45次。

虽然咱们已经掌握了氢弹和中子弹但，是由于欠缺足够的实验数据，想设计出更强的核武器就会受到各方面限制。

有了它以后便可以有类似风洞的效果，通过激光代替原子弹的爆炸来实现产生核聚变，也就是氢弹爆炸的条件。通过它可以在不进行实际爆炸实验的情况下也可以模拟出核爆时很多计算机无法模拟出的复杂机制。

▲氢弹的爆炸过程示意图

咱们的设施达到五个足球场的体量，这引起了外界的巨大关注，建成后它将取代NIF成为世界最大激光点火装置。而其科幻的外形，更是引发了人们的无限遐想。

引用资料:

1.《维基百科》美国国家点火装置

2.《中国科技新闻网》新世界纪录！EAST1亿度燃烧1000秒背后有哪些黑科技？

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