圖為超高功率脈沖裝置聚龍一號放電瞬間

聚變能源，作為人類夢寐以求的終極能源，也被譽為“人造太陽”，一旦實現(xiàn)商業(yè)發(fā)電，將從根本上解決人類能源問題。從美國國家點火裝置到國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃，無不是為這一終極目標而探索。

為在這場漫長曲折的終極能源探索中，升起來自東方的“中國太陽”，我國唯一的核武器研制與生產(chǎn)單位中國工程物理研究院，正是其中一支隱秘而偉大的先鋒力量：從1967年成功研制出我國第一顆氫彈，用慣性約束聚變的方式實現(xiàn)核聚變反應(yīng)至今，該院通過軍民融合的全國大協(xié)作，不斷打破國外技術(shù)封鎖，不斷沖擊世界先進，逐步建立相對完整、獨立自主的慣性約束聚變研究體系，建成神光-Ⅲ、聚龍一號等多套大型科學(xué)實驗裝置。

日前，科技日報記者應(yīng)邀走進中物院，探尋這里軍民融合發(fā)展，追逐我國聚變能源夢的崢嶸歷程。

聚變反應(yīng)，基本原理是通過使氫的同位素結(jié)合，產(chǎn)生氦和中子釋放巨大能量。目前全球科學(xué)家們聚焦研究、可能實現(xiàn)可控核聚變的途徑主要有兩種，即磁約束聚變和慣性約束聚變。前者是通過強磁場較長時間約束高溫稀薄等離子體使之發(fā)生聚變反應(yīng)，例如ITER計劃。后者原理類似氫彈，是利用多種高能量驅(qū)動方式形成高溫高壓環(huán)境，使氘氚靶丸實現(xiàn)熱核聚變點火和燃燒，從而釋放出更為巨大的能量。由于它可控、清潔、高效和資源充足，就像是裝在“瓶中的太陽”。

從上世紀60年代起，慣性約束聚變研究作為我國科學(xué)家與國際同步提出、同步研究的終極能源道路，于誕生之初便是我國軍民融合研究的典范。其理論雛形，最早來源于“利用愛因斯坦的受激輻射原理，將激光放大后照射氘氚產(chǎn)生中子的實驗建議”。這是由我國著名科學(xué)家、曾任中物院副院長的王淦昌先生在上世紀60年代，與國外科學(xué)家同期獨立提出的。隨后，為我國氫彈理論突破作出重要貢獻的于敏先生明確了慣性約束聚變的實現(xiàn)路徑。

“你們知道激光的名字是誰取的？神光系列又怎么得名？”中物院副總工程師張小民說，“‘激光’一詞是1965年由錢學(xué)森先生提出的，而在1966年，錢老聽說了慣性約束聚變的構(gòu)想后對此評價：你們的事業(yè)是在地球上人造一個小太陽。”

上世紀80年代，中國工程物理研究院與中科院通過科研合作，共同組建了慣性約束聚變研究團隊，并成立了國內(nèi)第一個慣性約束聚變專業(yè)實驗室，開展理論、實驗、診斷、制靶、驅(qū)動器“五位一體”實驗。1985年該項研究迎來重大成果，我國首臺實現(xiàn)兩路光源、千焦耳級出光，并可用于激光約束聚變科研的大功率激光器在中物院誕生，張愛萍將軍曾親自為它命名為“神光”。這就是目前我國神光-Ⅰ、神光-Ⅱ、神光-Ⅲ系列名稱的來源。

在國際聚變科研領(lǐng)域，無論是磁約束聚變，還是慣性約束聚變，都是世界各個科技大國暗自角力的戰(zhàn)場。而我國的慣性約束聚變路線之所以在技術(shù)封鎖的環(huán)境下，與世界科技強國并駕齊驅(qū)，正是由于它的軍民兩用特殊性質(zhì)。“慣性約束聚變是在高溫、高壓、高密度條件下的實驗。這實際上是與武器物理有關(guān)聯(lián)的。目前在全球科學(xué)界對于聚變能源的探索中，慣性約束聚變是一個非常典型的軍民兩用技術(shù)。”張小民說，由于慣性約束聚變可用于未來清潔能源開發(fā)，各科技大國紛紛投入巨資開展研究，競相爭奪這一高技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點。目前，隨著我國對聚變科研的不斷重視、新老科學(xué)家們前赴后繼的努力，慣性約束聚變相關(guān)領(lǐng)域的研究正不斷取得新突破。

作為開展高能量密度物理和慣性約束聚變研究的首臺十萬焦耳量級高功率激光裝置，“神光-Ⅲ主機裝置”，已在中物院基本建成。作為亞洲最大，世界第二大激光裝置，神光-Ⅲ主機裝置共有48束激光，總輸出能量為18萬焦耳，峰值功率高達60萬億瓦。2015年2月，神光-Ⅲ主機裝置六個束組均實現(xiàn)了基頻光7500焦、三倍頻光2850焦的能量輸出，激光器主要性能指標均達到了設(shè)計要求，這標志著神光-Ⅲ主機基本建成，我國成為繼美國國家點火裝置后，第二個開展多束組激光慣性約束聚變實驗研究的國家。

2014年12月27日，中物院聚龍一號裝置建設(shè)項目通過國家驗收。作為國內(nèi)首臺多路并聯(lián)超高功率脈沖激光裝置，其采用超高功率脈沖裝置驅(qū)動柱形金屬絲陣負載，使其汽化并向軸心箍縮（即Z箍縮），技術(shù)指標達到國際同類先進水平。中物院脈沖功率技術(shù)及應(yīng)用研究室主任王勐說，聚龍一號輸出電流達到800至1000萬安培，電流脈沖上升時間小于千萬分之一秒，瞬間功率超過20萬億瓦，相當于全球平均發(fā)電功率的2倍。截至今年5月，該裝置進行近170次試驗，取得了一批達到國際先進水平的物理實驗結(jié)果。它的研制成功標志著我國成為少數(shù)幾個獨立掌握數(shù)十萬億瓦超高功率脈沖加速器研制技術(shù)的國家。

在國家大力支持下，在幾代科學(xué)家的不懈探索中，中物院慣性約束聚變科研及系列科學(xué)大裝置，不僅正為武器物理研究提供重要的支撐力量，同時也為人類開展遠期聚變能源研究提供重要手段