美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）（即激光聚變裝置）是與“神光”計(jì)劃一樣的工程，由位于美國(guó)加利福尼亞州勞倫斯-利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制。該計(jì)劃自1994年開(kāi)工以來(lái)延期了很多次，于1997年工程正式開(kāi)始建設(shè)。該計(jì)劃建造和運(yùn)行花費(fèi)超過(guò)35億美元，容納NIF裝置的建筑物長(zhǎng)215米，寬120米，相當(dāng)于三個(gè)足球場(chǎng)。
“國(guó)家點(diǎn)火裝置”產(chǎn)生的激光能量將是世界第二大激光器、羅切斯特大學(xué)的激光器的60倍。科學(xué)家希望該激光器能模仿太陽(yáng)中心的熱和壓力，用以創(chuàng)造核聚變反應(yīng)，并達(dá)到平衡點(diǎn)，即激光在聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量大于它們所消耗的能量。國(guó)家點(diǎn)火裝置可以把200萬(wàn)焦耳的能量通過(guò)192條激光束聚焦到一個(gè)很小的點(diǎn)上，從而產(chǎn)生類(lèi)似恒星和巨大行星的內(nèi)核以及核爆炸時(shí)的溫度和壓力。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家可以實(shí)施此前在地球上無(wú)法實(shí)施的許多試驗(yàn)。
加州州長(zhǎng)施瓦辛格在落成典禮上發(fā)表講話(huà)說(shuō)，這一激光系統(tǒng)的建成是加州和美國(guó)的偉大成就，它將有可能使美國(guó)的能源結(jié)構(gòu)發(fā)生革命性變化，因?yàn)樗鼘⒔虝?huì)人們駕馭類(lèi)似太陽(yáng)的能量，使其轉(zhuǎn)變成駕駛汽車(chē)和家庭生活所需要的能源。 國(guó)家點(diǎn)火裝置共有3個(gè)任務(wù)： 第一個(gè)任務(wù)是讓科學(xué)家用它模擬核爆炸，研究核武器的性能情況，這也是美國(guó)建設(shè)國(guó)家點(diǎn)火裝置的初衷，即作為美國(guó)核武器儲(chǔ)備管理計(jì)劃的一部分，保證美國(guó)在無(wú)需核試驗(yàn)的情況下保持核威懾力。 第二個(gè)任務(wù)是使科學(xué)家進(jìn)一步了解宇宙的秘密。科學(xué)家可使用國(guó)家點(diǎn)火裝置模擬超新星、黑洞邊界、恒星和巨大行星內(nèi)核的環(huán)境，進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)。這些試驗(yàn)大部分不會(huì)保密，將為科學(xué)界提供大量此前無(wú)法獲取的數(shù)據(jù)。 第三個(gè)任務(wù)是保證美國(guó)的能源安全。科學(xué)家希望從2010年開(kāi)始借助國(guó)家點(diǎn)火裝置來(lái)制造類(lèi)似太陽(yáng)內(nèi)部的可控氫核聚變反應(yīng)，最終用來(lái)生產(chǎn)可持續(xù)的清潔能源。公報(bào)說(shuō)：“國(guó)家點(diǎn)火裝置所產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)大于啟動(dòng)它所需要的能量，這是半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)核聚變研究人員一直夢(mèng)寐以求的‘能量增益’目標(biāo)。如能取得成功，將是有歷史意義的科學(xué)突破。” 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 先將外部激光增強(qiáng)10000倍，然后將一束激光分離為48束激光，再增強(qiáng)，進(jìn)一步分離為192束激光，其總能量增加到原來(lái)能量的3000萬(wàn)億倍，再聚焦到直徑為3毫米的氘氚小丸上，產(chǎn)生1億度的高溫，壓力超過(guò)1000億個(gè)大氣壓，進(jìn)而引發(fā)核聚變。每束激光發(fā)射出持續(xù)大約十億分之三秒、蘊(yùn)涵180萬(wàn)焦耳能量的脈沖紫外光——這些能量是美國(guó)所有電站產(chǎn)生的電能的500倍還多。當(dāng)這些脈沖撞擊到目標(biāo)反應(yīng)室上，它們將產(chǎn)生X光。這些X光會(huì)集中于位于反應(yīng)室中心裝滿(mǎn)重氫燃料的一個(gè)塑料封殼上。X光將把燃料加熱到一億度，并施加足夠的壓力使重氫核生聚變反應(yīng)。釋放的能量將是輸入能量的15倍還多。這是因?yàn)榧す庠阽R面之間來(lái)回反射，并通過(guò)3000塊磷酸鹽玻璃，其中的鈦原子會(huì)使激光束擴(kuò)大。利弗莫爾有850名科學(xué)家和工程師。另外大約有100名物理學(xué)家在那里設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。NIF的問(wèn)題是它的激光每幾小時(shí)只能發(fā)射一次。Mercury激光的方案已經(jīng)在計(jì)劃中。它不一定比NIF更大，它的目標(biāo)是每秒鐘發(fā)射10次脈沖。
進(jìn)展 勞倫斯-利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)取得了重要進(jìn)展，目前正在開(kāi)展2009年完成NIF點(diǎn)火的籌備工作。NIF是美國(guó)國(guó)家核安全管理局（NNSA）的庫(kù)存管理計(jì)劃的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在受控實(shí)驗(yàn)室條件下，NIF將進(jìn)行聚變點(diǎn)火和熱核燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將為NNSA提供相關(guān)武器生產(chǎn)條件的實(shí)驗(yàn)手段。這些條件對(duì)NNSA在不開(kāi)展地下核試驗(yàn)的條件下評(píng)估并驗(yàn)證核武庫(kù)的工作至關(guān)重要。NIF實(shí)驗(yàn)將研究武器效應(yīng)、輻射輸運(yùn)、二次內(nèi)爆和點(diǎn)火相關(guān)的物理學(xué)機(jī)理，并支持庫(kù)存管理計(jì)劃繼續(xù)取得成功。NIF是目前世界上最大和最復(fù)雜的激光光學(xué)系統(tǒng)，用于在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)人類(lèi)歷史上的第一次聚變點(diǎn)火。192束矩形激光束將在30英尺的靶室中實(shí)現(xiàn)會(huì)聚，其中靶室內(nèi)含有直徑為0.44厘米的氫同位素靶丸。發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)，溫度可達(dá)到1億度，壓力超過(guò)1000億個(gè)大氣壓。 2012年7月5日，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)實(shí)現(xiàn)了單束激光能量打破了美國(guó)的記錄。
擁有世界上最大激光裝置的NIF發(fā)出了192束經(jīng)過(guò)光學(xué)放大的電磁輻射發(fā)光，所有的發(fā)射都是在幾百萬(wàn)億分之一秒內(nèi)進(jìn)行，傳遞了500萬(wàn)億瓦特(百萬(wàn)兆瓦)的“峰值功率”以及1.85兆焦耳的紫外線(xiàn)激光。 國(guó)家點(diǎn)火裝置將轉(zhuǎn)向核武研究 由于技術(shù)問(wèn)題，世界上最大的激光器----美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置，將改變發(fā)展道路，把重點(diǎn)放在核武器研究上。 在過(guò)去六年時(shí)間里，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)的工作人員一直致力于將192束激光集中于一個(gè)花生米大小的、裝有氫粒子的目標(biāo)上。當(dāng)能量為500太瓦的激光撞擊到裝有氫粒子的目標(biāo)上后，會(huì)產(chǎn)生X光粒子，使得重氫原子和超重氫原子產(chǎn)生聚變，這種聚變使得少量物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫薮竽芰俊?br /> 從“國(guó)家點(diǎn)火計(jì)劃”這個(gè)名稱(chēng)就可以看出其研究目的----“點(diǎn)火”，也就是使聚變產(chǎn)生同提供的激光同樣巨大的能量。美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置的官員稱(chēng)，點(diǎn)火設(shè)施試驗(yàn)成功將為新型電廠(chǎng)鋪好道路，這種新電廠(chǎng)將現(xiàn)實(shí)每分鐘內(nèi)爆1000個(gè)粒子。但是出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題使得該計(jì)劃尚未實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，而且該計(jì)劃也于今年9月份停止。 據(jù)悉，由政府，國(guó)會(huì)和加州大學(xué)提交的報(bào)告將于11月末遞交到相關(guān)部門(mén)。 這些報(bào)告計(jì)劃將投入到點(diǎn)火設(shè)施的科研時(shí)間由80%壓縮到50%，而且讓國(guó)家核能安全管理局來(lái)安排點(diǎn)火設(shè)施的事務(wù)。國(guó)家核能安全管理局負(fù)責(zé)維護(hù)美國(guó)的核軍火庫(kù)，該部門(mén)計(jì)劃重點(diǎn)發(fā)展模擬核武器內(nèi)部條件的試驗(yàn)，試驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將被電腦用于檢測(cè)核彈頭的可靠性。該部門(mén)之所以改用電腦檢測(cè)核武器因?yàn)槭强肆诸D總統(tǒng)在1992年宣布了暫停美國(guó)地下核試驗(yàn)。
而領(lǐng)導(dǎo)加州大學(xué)對(duì)點(diǎn)火設(shè)施進(jìn)行檢查的物理學(xué)家羅伯特-拜爾(Robert Byer)則稱(chēng)，點(diǎn)火試驗(yàn)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。羅伯特-拜爾表示：“單是試驗(yàn)中的激光就已經(jīng)很不錯(cuò)了。”他還稱(chēng)，每束激光能釋放1.85兆焦的能量，大致滿(mǎn)足了試驗(yàn)室的預(yù)期要求，而且粒子研究工具同樣性能良好。 研究項(xiàng)目的變化使得美國(guó)羅切斯特大學(xué)的一位激光核聚變研究者里卡多-貝蒂(Riccardo Betti)感到擔(dān)憂(yōu)，他警告稱(chēng)：“他們必須確保點(diǎn)火試驗(yàn)獲得最基本的科研投入。” 點(diǎn)火項(xiàng)目可能將繼續(xù)下去，因?yàn)楸姸鄧?guó)會(huì)議員仍然對(duì)這個(gè)能源研究項(xiàng)目寄以重望。其他方面的反應(yīng)為， 美國(guó)立法者要求在11月底遞交點(diǎn)火項(xiàng)目的新計(jì)劃。政客們也做好了點(diǎn)火項(xiàng)目比預(yù)期延遲的準(zhǔn)備，但他們需要看到該項(xiàng)目仍處于正確方向。議會(huì)成員稱(chēng)：“點(diǎn)火項(xiàng)目不能就這樣結(jié)束了，實(shí)驗(yàn)室當(dāng)初保證只要有資金就有不錯(cuò)的科研成果，但如果點(diǎn)火設(shè)施在接下來(lái)幾年時(shí)間里仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)，那我們就不得不考慮該設(shè)施是否還具有投資價(jià)值。” |
