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一臺將要安裝在布拉格的激光器，由美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室制造，能夠在1 s產(chǎn)生10個(gè)1PW的脈沖。（圖片來源：LLNL）

2月初，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室宣布，該實(shí)驗(yàn)室研制的高重頻拍瓦激光裝置（High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System , HAPLS)創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。這臺17 m長的激光裝置脈沖功率將超過1 PW（1015 W），在1 s內(nèi)產(chǎn)生10次脈沖輸出，可以與全球任意一臺高能量激光器媲美。

ELI的激光裝置計(jì)劃

但是HAPLS并不是為勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室自己建造的。根據(jù)合同，它將被安裝在布拉格一棟炫酷的建筑內(nèi)——耗資8.2億歐元的歐洲極光基礎(chǔ)設(shè)施（ELI）主樓。

在HAPLS之外，ELI將會建立另外兩個(gè)激光裝置——一個(gè)在匈牙利的塞格德，另一個(gè)在布加勒斯特的市郊（羅馬尼亞首都）。在2018年初捷克的激光中心為等離子體物理、X射線成像以及腫瘤治療等研究領(lǐng)域開放之際，這兩個(gè)裝置將向其他用戶提供高能量激光。

然而，在ELI龐大的激光裝置計(jì)劃中，一臺雄心勃勃的“巨星”裝置被叫停——第四套激光裝置，功率達(dá)到史無前例的200PW。三個(gè)月前，ELI的科學(xué)顧問委員會建議推遲有關(guān)項(xiàng)目的研究工作，直到之前的三臺10PW激光器能按照預(yù)期完全運(yùn)轉(zhuǎn)起來，而這將會延續(xù)到2022年。

“巨星”裝置擱淺

在哪里以及如何建立第四套200PW激光裝置的方案原定于2012年就要出臺，然而這個(gè)期限由于另外三個(gè)裝置不得不延期。

在2016年11月的ELI顧問委員會上，委員們建議推遲選址決定，直到ELI開始啟用并且不再需要新型大功率激光器技術(shù)研究的基金支持。位于布加勒斯特的ELI監(jiān)督和發(fā)展委員會的副總干事Catalin Miron，他表示認(rèn)可這一決議：“這將會促使ELI聯(lián)盟更加專注于我們現(xiàn)階段應(yīng)該履行的任務(wù)。”

當(dāng)然，ELI分散的結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致了200PW項(xiàng)目計(jì)劃的擱淺。早在2009年，法國、英國、捷克、匈牙利和羅馬尼亞等5個(gè)國家提議建立ELI。

負(fù)責(zé)當(dāng)時(shí)選址的專家主席、意大利米蘭理工大學(xué)的Sandro De Silvestri表示，沒有哪個(gè)國家能夠承擔(dān)6億歐元的建設(shè)費(fèi)用，但東歐國家具有優(yōu)勢，它們可以利用歐盟成立的用于投資落后成員國的結(jié)構(gòu)基金實(shí)施ELI項(xiàng)目。

利用這一基金，捷克、匈牙利和羅馬尼亞三個(gè)國家分別可獲得2.5億歐元，ELI項(xiàng)目也因此分為三部分。每個(gè)國家負(fù)責(zé)一部分：捷克的裝置將產(chǎn)生X射線和高能粒子束；匈牙利的裝置負(fù)責(zé)產(chǎn)生超短快速點(diǎn)火的激光脈沖，用于研究原子分子中的電子運(yùn)動(dòng)；羅馬尼亞的裝置主要利用激光探測原子核內(nèi)部。

一場國際競賽

巴黎綜合理工大學(xué)的物理學(xué)家Gérard Mourou認(rèn)為暫停200PW激光器的提議是錯(cuò)誤的，他早在10多年前提議建設(shè)ELI。

他認(rèn)為，這種超高能量密度的激光將會在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域帶來開創(chuàng)性的突破。在這種能量強(qiáng)度下質(zhì)子將會接近甚至達(dá)到光速，“破壞”真空，從而能夠利用它研究量子力學(xué)揭示的真空中各種虛粒子。雖然Mourou理解完成其他三個(gè)激光裝置的需求，但是他認(rèn)為推遲發(fā)展更先進(jìn)的高功率激光技術(shù)將會把這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位拱手相讓給其他國家。他說：“這正是我所擔(dān)心的。”

同時(shí)，Mourou指出了其他國家的進(jìn)步。2016年8月，中國上海的一個(gè)裝置打破了5.3PW的最高激光脈沖峰值功率記錄，他們也計(jì)劃2019年完成10PW的激光裝置建設(shè)，另外100PW的激光裝置也在籌劃當(dāng)中。日本、俄羅斯、美國等國也在進(jìn)行超高功率裝置的研制。美國科學(xué)家計(jì)劃升級其位于紐約羅切斯特大學(xué)的OMEGA EP激光器，使其功率達(dá)到75PW。

參與設(shè)計(jì)HAPLS裝置的勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Constantin Haefner聲稱：“這就是一場競賽。”

“巨星”裝置的出路

現(xiàn)在ELI聯(lián)盟需要將分散于三個(gè)國家的建設(shè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)變成一個(gè)獨(dú)立完整的面向國際用戶的大科學(xué)裝置，進(jìn)而從其他國家吸納基金支持用于補(bǔ)充其約8千萬歐元的年運(yùn)行經(jīng)費(fèi)。ELI顧問委員會主席De Silvestri說道：“整合并啟用現(xiàn)有的三個(gè)裝置當(dāng)前更為緊要，我們并沒有忘記200PW的第四個(gè)裝置，只是我們需要一步一步地來。”

一些估算表明，歐洲的200PW激光器項(xiàng)目將會耗資約10億歐元。但是Mourou正在進(jìn)行一項(xiàng)技術(shù)研究，通過縮短激光脈沖將10PW激光器改造成100PW激光器，他表示自己這項(xiàng)研究僅需花費(fèi)3千萬歐元。他說：“我們之前認(rèn)為這第四套裝置將會造價(jià)高昂，但是如果我們足夠聰明，我們能夠用少得多的經(jīng)費(fèi)完成目標(biāo)。”

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歐洲ELI 200 PW激光器項(xiàng)目延期