作者:张章 来源:中国科学报 发布时间:2014-2-18 11:25:41
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4位科学家解读受控核聚变科学潜能

 
NIF轰击实验让科学家能对处于极端状态的物质进行研究。
 
图片来源:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室
 
近日,位于美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)宣布了一个通向实现“点火”的重要里程碑,这将引领受控核聚变向前发展。但是,NIF不仅要学习驾驭恒星的能量,并且还在学习恒星最初是如何产生能量的。
 
事实上,让物质处于极限压力和温度的状态下,有助于科学家探索各种未知问题。在美国科学促进会年会上,4位科学家与人们探讨了NIF的基础科学潜能以及如果他们拥有激光会进行什么实验。
 
NIF计划做什么?
 
Johan Frenje(美国麻省理工学院):NIF是一个大型激光设备,我们使用激光让燃料胶囊内爆,以达到非常高的密度,并且在我们称为“轰击”的过程中,希望达到很高的温度。当我们达到这些条件时,我们将可能点火,这样就产生比输入能量更高的能量。我们已经取得了大量进展,但要达成点火目标,还有很长的路要走。
 
Ani Aprahamian(美国圣母大学):一旦实现点火,我们将有一个类似太阳的能量来源,能产生无尽的能量。但是,还有许多技术难关有待攻克。
 
除了进行核聚变研究,NIF还能做什么?
 
Aprahamian:实际上,NIF的根本工作是理解物质。也许我们认为自己十分了解等离子体和核物质,但其实并非如此。在这些尖端科学领域,你能用NIF做很多工作。
 
Frenje:对于我而言,最大的问题是了解超高温和超高压状态下的等离子体。这里有许多物理学现象未被充分理解,因此我们有相当多的工作要做。
 
Narek Gharibyan(劳伦斯·利弗莫尔国家实验室):NIF是一个极好的中子源,我们可以用它进行基础科学测量。尤其是,我们正试着调查同质异构状态,即一个原子核获得能量,从其基态跳跃到激发态。但这些状态并不稳定,因此很难在一个激发核中进行测量。但因为NIF制造了如此多的中子,你能在同一次轰击中制造相关状态,并进行测量。虽然有模型能够对测量结果进行预测,但是我们仍需要实验结果证明我们认为的这些实际上是对的。
 
René Reifarth(德国歌德大学):当在调查地球的正常温度时,我们可能读到这样一个数字:300开尔文或30摄氏度。但在NIF实验里,我们能达到1.5亿开尔文,这与恒星内部的温度差不多。你在其他地方无法做到这样,即使在NIF,人们也只能在非常短的时间里达到这一温度。这也是我们触摸到如此高温物质的唯一机会。如果你要把物质置于非常极端的条件下,还有更多问题要解决。
 
NIF实验与恒星内部作用机制的相似性如何?
 
Reifarth:这取决于恒星,也取决于轰击实验。但在NIF,人们能够达到与恒星温度非常接近的温度。当然,恒星核的温度要高得多,并且极端温度和压力的持续时间更长。NIF只能在内爆过程中创造出那些条件。不过,如果能解释NIF燃料胶囊里发生了什么,我们希望也能解释一颗恒星里发生了什么。NIF检测了我们对核聚变、爆炸等各种事情的基本认知。
 
如果大家都拥有NIF一周的时间,你们将做什么实验?
 
Reifarth:我将为这些胶囊涂上重元素,看看会发生什么。
 
Gharibyan:我们经常谈论收集胶囊内爆产生的各种东西,以便研究等离子体形成时发生了什么以及它是如何冷却的。例如,我们不清楚碎片是被雾化还是结成了大块。如果我们在NIF有自己的时间,能够做许多有趣的事情。
 
Frenje:我将研究带电粒子传输,或者能量和粒子是如何在等离子体内传输的。这是一个大问题,我们尚不能很好地理解。那里有许多理论,但是并没有该过程如何工作的实验数据。30年里,人们一直在试图进行相关研究,但是非常困难。我认为利用NIF能够进行许多颇具潜力的高质量测量。
 
Aprahamian:我不认为我们会缺少点子。(张章)
 
《中国科学报》 (2014-02-18 第3版 国际)
 
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