“自從上世紀(jì)60年代初激光器問(wèn)世以后，中、美、日、前蘇聯(lián)等國(guó)即著手激光驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變研究，40多年來(lái)，該研究已取得重要進(jìn)展，目前正處在實(shí)驗(yàn)室演示熱核點(diǎn)火和燃燒前夕。”日前，剛從法國(guó)參加2011年慣性聚變科學(xué)與應(yīng)用國(guó)際會(huì)議的中科院院士賀賢土在接受記者專訪時(shí)表示。

賀賢土透露，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)有望在明年進(jìn)行點(diǎn)火演示，如果成功，則證明了慣性約束聚變(ICF)的科學(xué)可行性，這將是ICF研究的重要里程碑。同時(shí)，我國(guó)走了一條完全獨(dú)立自主的ICF研究路線，預(yù)計(jì)2020年左右演示實(shí)驗(yàn)室點(diǎn)火和熱核燃燒。

美國(guó)預(yù)計(jì)將在2012年實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室點(diǎn)火

熱核聚變能源是人類理想的干凈能源。目前，實(shí)現(xiàn)可控核聚變主要有兩種技術(shù)途徑。一種是用托卡馬克裝置開(kāi)展“磁約束聚變”的研究，如國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃;另一種就是ICF。ICF是利用高功率大能量驅(qū)動(dòng)器(目前是激光器)提供能量，使含氘氚聚變?nèi)剂系陌型璋l(fā)生內(nèi)爆壓縮和熱核點(diǎn)火燃燒，釋放高增益的聚變能。ICF研究除了應(yīng)用于聚變能源之外，還可用于國(guó)防和基礎(chǔ)科學(xué)研究。

“實(shí)現(xiàn)聚變能需要經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)室演示熱核點(diǎn)火和燃燒、聚變發(fā)電演示和商用發(fā)電3個(gè)階段。”賀賢土介紹，近年來(lái)，隨著大能量激光器的建造和發(fā)展，特別是美國(guó)NIF的建成，研究正處在ICF點(diǎn)火前夕。

2010年9月以來(lái), 美國(guó)在NIF上進(jìn)行了國(guó)家點(diǎn)火攻關(guān)(NIC)實(shí)驗(yàn)：用192束激光，在約20納秒脈沖內(nèi)，輸出0.3微米波長(zhǎng)激光能量1.0—1.4兆焦耳，入射到直徑和長(zhǎng)度各約1厘米左右柱形黑腔內(nèi)壁產(chǎn)生高溫輻射;同時(shí)高溫輻射作用在腔內(nèi)放置的初始半徑約1毫米的氘氚靶丸燒蝕層表面，使靶丸產(chǎn)生內(nèi)爆壓縮和熱核點(diǎn)火聚變。

賀賢土介紹，在本次大會(huì)上，美國(guó)國(guó)家聚變點(diǎn)火裝置計(jì)劃首席科學(xué)家約翰·林達(dá)綜合報(bào)告了研究進(jìn)展。在2010年9月到2011年9月財(cái)年的第一輪實(shí)驗(yàn)中，他們?nèi)〉昧诉^(guò)去50年ICF點(diǎn)火和熱核燃燒探索以來(lái)的重要進(jìn)展，包括取得了熱斑內(nèi)2微克氘氚燃料已達(dá)到增益為1的結(jié)果，具有里程碑意義。這一輪實(shí)驗(yàn)旨在了解點(diǎn)火過(guò)程流體力學(xué)等的分解研究，以掌握點(diǎn)火過(guò)程各種重要物理因素的數(shù)據(jù)和規(guī)律，為進(jìn)一步演示實(shí)驗(yàn)室點(diǎn)火做準(zhǔn)備。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們已確認(rèn)了達(dá)到點(diǎn)火的優(yōu)化內(nèi)爆的步驟。

據(jù)悉，從2011年10月到2012年3月，該研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行第二輪實(shí)驗(yàn)，并計(jì)劃繼續(xù)調(diào)整靶的性能，并提高激光能量到1.6兆焦，目標(biāo)瞄準(zhǔn)2012年實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室點(diǎn)火。

我國(guó)走了不同于美、法的自主研究路線

那么，我國(guó)ICF研究進(jìn)展如何?其實(shí)，早在1964年，我國(guó)著名核物理學(xué)家王淦昌在國(guó)際上獨(dú)立提出激光驅(qū)動(dòng)聚變的建議，由此掀開(kāi)了我國(guó)ICF研究的歷史。

“我國(guó)的研究起步比較早，但由于種種原因一直到1993年納入國(guó)家863計(jì)劃后才有很大的發(fā)展。”作為國(guó)家863計(jì)劃ICF主題專家組原首席科學(xué)家，賀賢土介紹，該計(jì)劃規(guī)劃了國(guó)家ICF發(fā)展目標(biāo)，確定了激光驅(qū)動(dòng)器和單元技術(shù)、靶物理理論、靶物理實(shí)驗(yàn)、精密診斷設(shè)備、靶的制備“五位一體”協(xié)調(diào)發(fā)展思路，各方面均取得重大進(jìn)展，打破了西方壟斷和封鎖，建立了獨(dú)立自主研究ICF體系，為2020年左右我國(guó)演示實(shí)驗(yàn)室點(diǎn)火和熱核燃燒計(jì)劃打下重要基礎(chǔ)。

在本屆大會(huì)上，賀賢土代表我國(guó)ICF研究團(tuán)隊(duì)作大會(huì)邀請(qǐng)報(bào)告，綜合介紹了我國(guó)ICF研究物理理論和數(shù)值模擬、物理實(shí)驗(yàn)和高功率激光器方面的重要進(jìn)展。

“我國(guó)獨(dú)立自主走了完全不同于美、法的研究路線。美國(guó)是直接從萬(wàn)焦耳級(jí)能量靶物理研究結(jié)果定標(biāo)推到能量大50—60倍NIF的兆焦耳激光器上進(jìn)行點(diǎn)火演示。”賀賢土說(shuō)，我國(guó)ICF點(diǎn)火研究采取的是一種從萬(wàn)焦耳級(jí)到十萬(wàn)焦耳級(jí)，再到百萬(wàn)焦耳級(jí)的循序漸進(jìn)的路線圖，即在近期萬(wàn)焦耳級(jí)激光器(神光Ⅲ原型、神光Ⅱ以及即將運(yùn)行的神光Ⅱ升級(jí)裝置上)研究基礎(chǔ)上，到2014年左右進(jìn)入激光能量20—40萬(wàn)焦耳神光Ⅲ平臺(tái)研究。經(jīng)過(guò)這一中間平臺(tái)對(duì)靶物理進(jìn)行充分研究，然后外推到激光能量約為神光Ⅲ能量4—5倍的神光Ⅳ上進(jìn)行慣性約束聚變研究和點(diǎn)火演示，可以減少風(fēng)險(xiǎn)。這一路線選擇也得到了國(guó)際同行的認(rèn)可。

據(jù)悉，神光Ⅲ裝置設(shè)計(jì)是48束激光，今年1月已出第一束激光，預(yù)計(jì)今年可安裝完16束，計(jì)劃2014年全部出光運(yùn)行，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)。

慣性聚變能有望在本世紀(jì)中葉商用

“ICF研究經(jīng)過(guò)近50年的努力和幾次國(guó)際上大評(píng)審，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，發(fā)展基本上是健康的。”賀賢土認(rèn)為，從最近國(guó)際上進(jìn)展來(lái)看，美國(guó)有可能在2012年左右實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中點(diǎn)火演示，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)物理和技術(shù)上不可逾越的重大障礙。但仍需充分重視深化靶物理研究，充分掌握各個(gè)主要環(huán)節(jié)的物理規(guī)律。

談到科學(xué)可行性證明時(shí)，賀賢土說(shuō)，能源用驅(qū)動(dòng)器需要發(fā)射每秒約10次脈沖，每次脈沖需要達(dá)到像NIF那樣的激光能量，美國(guó)代號(hào)“水星計(jì)劃”的項(xiàng)目已有多年研究，目前中國(guó)、日本和法國(guó)也在積極研究。它涉及元器件關(guān)鍵技術(shù)、材料、排布等一系列復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度看，目前其他驅(qū)動(dòng)器(如準(zhǔn)分子激光器、Z-Pinch裝置、重離子束驅(qū)動(dòng)器)還需作更大探索。

“慣性聚變能反應(yīng)堆和電廠的建造和商業(yè)化，仍然需要工程上和經(jīng)濟(jì)上的論證和努力，但如果驅(qū)動(dòng)器能解決，這些不是不可逾越的障礙。”賀賢土表示，展望本世紀(jì)中葉，人類有可能利用沒(méi)有污染的慣性約束聚變能發(fā)電。