2015年2月,我国神光-Ⅲ主机装置主要性能指标均达到了设计要求,这标志着神光-Ⅲ主机基本建成,我国成为继美国国家点火装置后,第二个开展多束组激光惯性约束聚变实验研究的国家。考虑这种激光装置可以转化成巨大的军用价值,可以说我国的黑科技又向前迈进了一大步。
要搞清楚神光Ⅲ到底是干什么用的,我们应该先了解一下核聚变反应的原理。其基本原理是通过使氢的同位素结合,产生氦和中子释放巨大能量。
目前全球科学家们聚焦研究、可能实现可控核聚变的途径主要有两种,即磁约束聚变和惯性约束聚变。
前者是通过强磁场较长时间约束高温稀薄等离子体使之发生聚变反应,例如ITER计划。
后者原理类似氢弹,是利用多种高能量驱动方式形成高温高压环境,使氘氚靶丸实现热核聚变点火和燃烧,从而释放出更为巨大的能量。
由于它可控、清洁、高效和资源充足,就像是装在“瓶中的太阳”。神光Ⅲ就是用惯性约束的方式来实现可控热核聚变的核心装备。
2.聚变能源有什么用?
聚变能源,作为人类梦寐以求的终极能源,也被誉为“人造太阳”,一旦实现商业发电,将从根本上解决人类能源问题。
同等质量的元素进行核聚变比核裂变释放的能量大得多,而产生的辐射反而少得多。对环境保护的考虑也是人们努力发展核聚变技术的原因之一。
化石能源的逐渐耗竭已经是人所共知的事实,而风能、太阳能等可再生能源在目前来看,也无法完全满足人们对能源的渴求。核聚变发电,是能源的明日之星。
核聚变的原材料很容易找——地球上氘的含量并不算少,每一万个氢原子中就有一个是氘原子。在最好的情况下,每升海水中的氘聚变能够放出的能量,相当于燃烧300升汽油;而一个百万千瓦的核聚变电厂,每年只需要600公斤原料,但一个同样规模的火电厂,每年将需要210万吨燃料煤。
现在的我们,就像是站在四十大盗藏宝洞之前的阿里巴巴,唯一所缺乏的,就是一句开门的咒语。幸好,我们已经快要猜到那句咒语,一段传奇,即将在眼前展开。
3.我国搞激光惯性约束聚变装置的历史
1963年12月,毛泽东在听取国务院副总理兼国家科学技术委员会主任聂荣臻汇报十年科学技术规划时指出:“激光,要组织一批人专门去研究它。”随后,在钱学森的带领下,中国开始研究激光装置。
1986年夏天,激光12号实验装置正式命名为神光-1。
1993年,国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题,进一步推动了国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。
1994年,神光-1退役。神光-1连续运行8年,在激光惯性约束核聚变和X射线激光等前沿领域取得了一批国际一流水平的科研成果。
1994年5月18日,神光-2装置立项,工程正式启动,规模比神光-1装置扩大4倍。
1995年,激光惯性约束核聚变在“863计划”中立项,我国科研人员开始研制跨世纪的巨型激光驱动器——神光-3装置,计划建成10万焦耳级的激光装置。
4.“激光”和“神光”的由来
你们知道激光的名字是谁取的?神光系列又怎么得名?
“激光”一词是1965年由钱学森先生提出的,而在1966年,钱老听说了惯性约束聚变的构想后对此评价:“你们的事业是在地球上人造一个小太阳。”
而“神光”的由来则要追溯到上世纪80年代。中国组建了惯性约束聚变研究团队,并成立了国内第一个惯性约束聚变专业实验室。1985年该项研究迎来重大成果,我国首台用于激光约束聚变科研的大功率激光器在中物院诞生,张爱萍将军曾亲自为它命名为“神光”。这就是目前我国神光系列名称的来源。
5.比神光II更加先进的神光Ⅲ
“惯性约束聚变是在高温、高压、高密度条件下的实验。这实际上是与武器物理有关联的。目前在全球科学界对于聚变能源的探索中,惯性约束聚变是一个非常典型的军民两用技术。”
由于惯性约束聚变可用于未来清洁能源开发,各科技大国纷纷投入巨资开展研究,竞相争夺这一高技术领域的战略制高点。目前,随着我国对聚变科研的不断重视、新老科学家们前赴后继的努力,惯性约束聚变相关领域的研究正不断取得新突破。
如果将其投入军事用途,激光炮具有攻击速度快、射程远、转移火力快、每次发射成本低的优势,是解放军实现全方位、超低空拦截的理想武器,比防空导弹更有效。
现在,更先进得多的神光-Ⅲ主机装置已在中物院基本建成。作为开展高能量密度物理和惯性约束聚变研究的首台十万焦耳量级高功率激光装置,作为亚洲最大,世界第二大激光装置,神光-Ⅲ主机装置共有48束激光,总输出能量为18万焦耳,峰值功率高达60万亿瓦。
2015年2月,神光-Ⅲ主机装置六个束组均实现了基频光7500焦、三倍频光2850焦的能量输出,激光器主要性能指标均达到了设计要求,这标志着神光-Ⅲ主机基本建成。
我国成为继美国国家点火装置后,第二个开展多束组激光惯性约束聚变实验研究的国家。作为一台超高精密的大型科学实验装置,神光-Ⅲ激光装置建设项目集成了众多的行业先进技术,是我国综合国力不断提高的具体体现。
6.科研人员为神光Ⅲ所付出的贡献
2007年开工的“神光Ⅲ”主机工程一个有6层楼高,占地面积超过2万平方米的大型装置正在施工,它拥有国内无与伦比的技术与规模,是我国迈向世界最先进激光聚变研究的“神器”。
在宛如巨型飞机制造工厂般的“神光Ⅲ”工程现场,数十名科研人员正在上下忙碌,安装调试控制系统和主要部件。设备旁紧张工作的科研人员大多为70、80后的年轻人,激光聚变研究中心研究团队平均年龄仅30岁。
作为规模大、程序复杂、技术精度要求高的前沿领域,“神光Ⅲ”研制中为国人“争气”的故事很多:如设备必须的直径1米方形件光学元件,美国在研期间曾委托欧洲公司生产,制造完成后不仅禁止再销售,甚至要求对方连生产线也必须拆除、销毁,而通过国内大协作、自主攻关,很快就突破了技术瓶颈。
“都是自主创新,也只有自主创新。”一位科研人员坦言道。国家的巨大支持、稳定的核心团队、多领域的协同攻关是重大科技攻关的关键。
而新老科学家们孜孜奉献的精神,也在这里得到传承,在高洁净度工作环境中不能喝水,每逢午餐时间一群教授、硕博聚在大门口吃盒饭,成为一道亮丽景观。
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