激光核聚變“快點火”研究獲重要進展

　　記者日前從國防科技大學獲悉，該校理學院卓紅斌團隊在激光核聚變“快點火”研究中取得重要進展。研究人員采用一種全新策略，使轟擊燃料靶的高能電子束得以有效聚焦，從而可大大提高能量利用效率，為最終實現激光核聚變“快點火”帶來了曙光。相關研究成果近日刊于《物理評論快報》。

　　激光核聚變，是利用超強激光束壓縮燃料靶丸，使之達到“點火”條件從而引發的核聚變，是人類實現可控熱核聚變的重要方式。由于該核聚變過程需要1億度以上的極高溫和1千億倍大氣壓的極高壓條件才能觸發，能否成功“點火”是關鍵和難點所在，科學家們至今尚未攻克。目前的最新進展來自美國的國家點火裝置NIF，盡管其在2014年初宣布實驗中釋放的能量首次超過燃料吸收能量，但“點火”仍未能實現。

　　“快點火”的瓶頸之一在于高能電子束的大發射角。據介紹，在高能量密度電子束輸運過程中，大發散角將嚴重影響能量沉積效率進而影響“點火”的實現。為此，卓紅斌團隊提出了一種高能電子束定向準直理論，并構建了新物理方案，簡單說分“兩步走”，即先用單束長脈沖激光打到靶背面，在靶背面形成一個由等離子體構成的內嵌環形磁場；約0.4納秒后，在靶正面輻照一束短脈沖激光，當由短脈沖激光產生的高能電子束向背面傳輸時，籠罩在外的環向磁場構成一具“透鏡”，對電子束運動方向進行約束，使得發散角降低，從而實現發散電子束的有效聚焦。

　　在日本大阪大學實驗室和天津國家超算中心進行的驗證性實驗和數值模擬結果表明，該方案成功使高能量密度電子束的初始發散角從50度減小至10度，且聚焦電子數密度提升一個量級，有助于更好達到“點火”所需條件。下一步，研究人員將深入研究高能電子束在靶內的傳輸過程和控制方法，以真正實現“點火”。