美国点火成功的启示
时间 : 2023-01-09     
 

20221214日,上海光机所高功率激光物理联合实验室针对“美国宣布实现了激光核聚变点火”这一里程碑事件,召集专家和科研人员举行了座谈会。会议采用线上线下相结合的方式进行,由实验室主任朱健强研究员主持。与会科研人员全面回顾了“激光聚变点火”事业的艰难历程以及此次事件带给我们的希望与启示,同时也讨论了神光II设施未来面临的机遇和挑战。

NIF装置此次聚变点火的能量净增益为150%,被称为有人类科技史以来最突出的成就,具有划时代的意义,标志着激光驱动聚变点火已成为事实,人类梦想的清洁能源便指日可待了。正如美国能源部部长詹妮弗·格兰霍姆(Jennifer M. Granholm)说:“这是一项具有里程碑意义的成就,将帮助我们解决人类最复杂和最紧迫的问题,比如提供清洁能源应对气候变化以及在没有核试验的情况下保持核威慑等。”

NIF2010年开始正式的点火实验,用了10多年时间不断冲击点火目标,过程一波三折。2014年、2021年分别取得了较大的突破,验证了点火的可能性,但仍未达到净能量增益。直到2022年,他们汇集全球最顶尖的智慧,采用“营地”战略,克服了点火过程中的诸多物理问题,不断地验证和改进,实现了真正意义上的点火。

在我国,上世纪80年代,在王淦昌、王大珩等老一辈科学家的倡议下,中科院联合中物院率先开创两院合作的模式,在上海光机所成立了“高功率激光物理联合实验室”,从体制上开创了国内强强联合的合作典范。在国家发改委的支持下,建造了我国第一批大科学装置的神光高功率激光装置,用于支持国家战略安全科学实验及进一步细化分解的激光惯性约束聚变(ICF)实验;支持各种点火物理的前沿研究;培育相关技术人才并为该实验平台做技术支撑。

目前在运行的神光II设施,包含神光II八路、神光II第九路、神光II升级装置,现已具备纳秒、皮秒和飞秒多档脉冲输出能力、在国际上独具特色的多功能综合激光实验平台,支持直接驱动、快点火等物理分解研究,是我国深入开展聚变物理研究提供了重要实验平台,也是国内目前唯一对外开放的专用大科学装置。神光II设施稳定运行20多年,共打靶万余发,在聚变物理、材料物理、高能量密度物理前沿交叉学科等领域都取得了一系列标志性成果。其中神光II装置取得的三大标志性成果直接推动了国家重大专项的确立。近年来,在神光II上开展的我国原创的双锥对撞点火方案融合了快点火、直接驱动和强磁场引导点火等方案的优点,有望实质性降低实现激光聚变点火的难度。该方案已从原理上验证了其可行性,培育了中科院先导专项,并促成了国家重大专项的确立。

美国点火成功必然会加剧国际激光聚变研究的竞争,对我国的ICF研究,既是一个极大的鼓舞,又面临更多的挑战。一方面将推动我国点火专项的实施,对于神光II设施来说就是要加强技术储备,助力国家专项。另一方面,聚变物理研究及其前沿性研究会成为未来几年的研究热点,神光II设施作为该领域重要的研究平台,必然也会面临更多的任务和发次需求。做好设施的运维,提升运行效率,更好的服务国家的战略需求是神光II设施未来的重要任务。神光II升级装置2022年已完成双锥点火验证的阶段性任务;下一步的目标是通过靶场改造来提升输出能力,在更大输出规模上验证双锥对撞点火方案,支持探索我国的点火方案。

综上,神光II设施未来将以更加开放的姿态和不断地发展的新技术,提升设施的输出性能和运行效率,在ICF物理分解实验中作出更大的贡献,助力人类的点火梦!