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激光技術(shù)

世界上功率最強(qiáng)悍的激光可以用來(lái)干什么?

rongpuiwing 來(lái)源:cnbeta網(wǎng)站2018-04-20 我要評(píng)論(0 )   

位于加利福尼亞勞倫斯利福摩爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)最近宣布了具有重要意義的里程碑結(jié)果:已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火溫度。

 位于加利福尼亞勞倫斯利福摩爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)最近宣布了具有重要意義的里程碑結(jié)果:已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火溫度。這是熱核反應(yīng)所必備的條件。NIF不只是想要馴服太陽(yáng)的能量來(lái)源,NIF還要研究清楚恒星的初次熱核反應(yīng)的形成原理。

在一年一度的AAAS大會(huì)(美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì))上,四名科學(xué)家將與我們討論NIF將來(lái)可能用作的基本科學(xué)用途,同時(shí)會(huì)假設(shè)如果NIF完全屬于他們所有,會(huì)被用來(lái)做些什么。

問(wèn):NIF是設(shè)計(jì)用來(lái)干什么的?

Johan Frenje(麻省理工學(xué)院劍橋分院):NIF有3個(gè)足球場(chǎng)大小,有192根激光束。用這些全世界功率最強(qiáng)大的激光束照射在氘氚小丸上,讓密度大大增加,我們希望整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生極高高溫和壓力,進(jìn)而引發(fā)核聚變。當(dāng)達(dá)到這些條件時(shí),我們就能夠點(diǎn)火,產(chǎn)生的能量將超過(guò)點(diǎn)火輸入的能量。目前我們已經(jīng)取得重大進(jìn)展,但是離點(diǎn)火成功還有很長(zhǎng)的路要走。

Ani Aprahamian(圣母大學(xué)印第安納分校):通過(guò)點(diǎn)火我們將獲得類(lèi)似太陽(yáng)的能量源泉,可以產(chǎn)生無(wú)窮無(wú)盡的能量。但是要做到這點(diǎn),技術(shù)上還有很多難題要攻克。

問(wèn):除了熱核反應(yīng)研究,NIF還能用于哪些科學(xué)研究?

A.A.:NIF的研究真正的意義在于理解物質(zhì)。
我們覺(jué)得自己非常了解等離子體和核物質(zhì),實(shí)際上我們還沒(méi)有真正理解。NIF可以用于開(kāi)拓新知識(shí)。

J.F.:對(duì)我來(lái)說(shuō),要克服的最大問(wèn)題是理解非常高溫高壓下的等離子體。這些是科學(xué)家還沒(méi)有搞明白的領(lǐng)域,所以我們要做的還很多。

Narek Gharibyan(加利福尼亞勞倫斯利福摩爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室):NIF是一臺(tái)很棒的中子發(fā)生裝置,利用NIF我們可以進(jìn)行底層的科學(xué)測(cè)量,尤其是觀測(cè)同質(zhì)異能態(tài),這是一種原子核捕獲能量從基態(tài)跳躍至激發(fā)態(tài)的狀態(tài)。這些狀態(tài)不是穩(wěn)定態(tài),所以要觀察處在激發(fā)態(tài)的原子核是非常困難的。但是NIF會(huì)產(chǎn)生大量中子,發(fā)射激光時(shí)不斷有原子核處于激發(fā)態(tài),可以在同一時(shí)間測(cè)量到。一些模型預(yù)測(cè)了這些測(cè)量的結(jié)果,但是理論終究需要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證,人們才能確定知識(shí)的正確性。

René Reifarth(德國(guó)歌德大學(xué),法蘭克福):在地球上以正常溫度觀測(cè),大概是300開(kāi)爾文,也即30攝氏度。在NIF激光發(fā)射時(shí),熱量達(dá)到1.5億開(kāi)爾文,比任何一顆恒星內(nèi)部的溫度都要更高。這是地球上其他地方都無(wú)法達(dá)到的溫度,即便在NIF,這個(gè)溫度也只能維持很短時(shí)間。如果將物質(zhì)至于極端條件下,要回答的問(wèn)題將更多。

問(wèn):NIF發(fā)射激光時(shí)和一顆恒星內(nèi)部的狀態(tài)有多接近?

R.R:這取決于不同的恒星,也取決于不同的激光。NIF可以制造出非常接近恒星溫度的條件,當(dāng)然了,恒星內(nèi)部的溫度要高得多,高溫和高壓的持續(xù)時(shí)間也更長(zhǎng)。NIF確實(shí)可以創(chuàng)造這種條件,但僅限于短時(shí)間。如果我們能夠解釋小丸內(nèi)部的現(xiàn)象,我們有可能可以解釋恒星內(nèi)部的現(xiàn)象。NIF是檢驗(yàn)當(dāng)今科學(xué)對(duì)核融合的理解,對(duì)爆炸的理解和對(duì)所有事情的理解。

問(wèn):如果NIF讓你們用一星期,你會(huì)拿來(lái)做什么實(shí)驗(yàn)?

R.R:我會(huì)在小丸上涂上重元素看看會(huì)發(fā)生什么。

N.G.:我們總在談?wù)撘占趦?nèi)爆過(guò)程中所有從小丸中發(fā)射出來(lái)的物質(zhì),這樣才能研究等離子體形成和冷卻過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象,但是我們無(wú)法得知碎片是原子化還是成塊。如果NIF是我的,我會(huì)做很多有趣的實(shí)驗(yàn)。

J.F.:我會(huì)觀測(cè)帶電粒子傳輸過(guò)程,或者說(shuō)能量和例子在等離子體中是如何傳輸?shù)?。這是個(gè)很難的問(wèn)題,我們還沒(méi)有充分理解。目前對(duì)于這種現(xiàn)象有很多理論解釋?zhuān)顷P(guān)于過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還沒(méi)有。為了研究這種現(xiàn)象,人們已經(jīng)付出了30年的努力,但是研究相當(dāng)困難。我相信NIF可以觀測(cè)到高質(zhì)量的觀測(cè)結(jié)果。

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