近年來(lái),能源問(wèn)題日益嚴重,科學(xué)家每日在為能源問(wèn)題而困擾。核聚變,因其清潔且取之不盡的特點(diǎn)而受到人們的重視??茖W(xué)家一直夢(mèng)想著(zhù)有一天可以利用核聚變發(fā)電來(lái)解決日益嚴重的能源問(wèn)題。而近日,隨著(zhù)美國國家點(diǎn)火裝置(NIF)全球最大的激光機即將完成,這個(gè)夢(mèng)想也不再那么遙遠了。目前,研究人員正在加緊進(jìn)行這個(gè)無(wú)限潛能的裝置測試工作。 核聚變是指由質(zhì)量小的原子,主要是指氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),發(fā)生原子核互相聚合作用,生成新的質(zhì)量更重的原子核,并伴隨著(zhù)巨大的能量釋放的一種核反應形式。 相比核裂變,核聚變幾乎不會(huì )帶來(lái)放射性污染等環(huán)境問(wèn)題,而且其原料可直接取自海水中的氘,來(lái)源幾乎取之不盡,是理想的能源方式。 目前人類(lèi)已經(jīng)可以實(shí)現不受控制的核聚變,如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類(lèi)有效利用,必須能夠合理的控制核聚變的速度和規模,實(shí)現持續、平穩的能量輸出??茖W(xué)家正努力研究如何控制核聚變,而目前 唯一最簡(jiǎn)單可行的可控核聚變方式:是以普通氫原子(其他原子也可以,但是需要的啟動(dòng)能量更為巨大)為反應原料,通過(guò)降溫(和其他降低物質(zhì)能量)的方法,縮小氫原子之間的距離,直到原子核的融合,從而釋放出能量。 而聚變的啟動(dòng)能量來(lái)源也是核聚變中也是很重要的,自從1994年被稱(chēng)為“國家點(diǎn)火設施”的激光核聚變計劃被正式簽發(fā)以來(lái),美國科學(xué)家便將希望寄托在在這國家點(diǎn)火裝置(NIF)上了。國家點(diǎn)火裝置(NIF)位于美國加利福尼亞州勞倫斯一利弗莫爾國家實(shí)驗室,有850名科學(xué)家和工程師。另外大約有100名物理學(xué)家在那里設計實(shí)驗。國家點(diǎn)火裝置(NIF)長(cháng)215米,寬120米,大約同古羅馬圓形競技場(chǎng)一樣大,是目前世界上最大和最復雜的激光光學(xué)系統,它將模擬同太陽(yáng)和其他恒星內部相似的條件,使氫原子核發(fā)生聚變形成氦核,并釋放能量,其目的是成為第一個(gè)突破平衡點(diǎn)的設施,即激光在聚變反應中產(chǎn)生的能量大于它們所消耗的能量,從而在實(shí)驗室條件下實(shí)現人類(lèi)歷史上的第一次聚變點(diǎn)火。NIF注入激光系統由主振室、預放模塊、輸入探測包和預放光束傳輸系統四部分構成,負責產(chǎn)生全系統的種子脈沖,經(jīng)過(guò)時(shí)間和空間整形、位相調制、放大和分束后,實(shí)現焦耳級輸出。它將192條激光束集中于一個(gè)花生米大小的、裝有重氫燃料的目標上。每束激光發(fā)射出持續大約十億分之三秒、蘊涵180萬(wàn)焦耳能量的脈沖紫外光——這些能量是美國所有電站產(chǎn)生的電能的500倍還多。當這些脈沖撞擊到目標反應室上,它們將產(chǎn)生X光。這些X光會(huì )集中于位于反應室中心裝滿(mǎn)重氫燃料的一個(gè)塑料封殼上。NIF研究人員估計,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。釋放的能量將是輸入能量的15倍還多。 目前,國家點(diǎn)火裝置已經(jīng)基本上完成了其建設工作,它將于2009年3月竣工。屆時(shí),研究人員將開(kāi)始準備為聚變點(diǎn)火,第一次實(shí)現暫定于2010年,核聚變實(shí)驗定于2011年。調試工作包括進(jìn)行一系列優(yōu)化和測試實(shí)驗,以獲取點(diǎn)火實(shí)驗所必需的關(guān)鍵激光參數和點(diǎn)火靶參數。這些調試工作將在第一次點(diǎn)火打靶前完成。點(diǎn)火實(shí)驗對靶工作性能的要求主要體現在:力能學(xué)性能、對稱(chēng)性,激波時(shí)序以及靶丸流體動(dòng)力學(xué)。研究人員推測,一旦核聚變實(shí)驗成功,我們將有可能在2020年建成第一座核聚變發(fā)電廠(chǎng),而在那不久后,其會(huì )很快的商業(yè)化。在那一天,科學(xué)家們這幾十年來(lái)追尋的夢(mèng)想,將成為現實(shí)。