王蒙的作品:中国激光武器神光Ⅲ首次成功射出激光

中国激光武器神光Ⅲ首次成功射出激光

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军事

   四川绵阳，一片名为科学城的寂静山岭上，中国工程物理研究院坐落其中。
　　
　　穿越研究院内连绵山坡，激光聚变研究中心在山林中闪现。这里拥有我国在该领域一流的科研团队、一流的科学设备，目标是探索人类获取能源终极梦想——“激光惯性约束聚变”。
　　
　　12月8日，科技日报记者走进这片神秘的科研世界。
　　
　　微尘是激光的克星，它们会损害光学元器件。尽管记者进入实验室之前已穿戴了发套、工作服，甚至用粘尘垫粘掉鞋底的灰尘、穿过呼啸的风淋设备，但仍吃到了“闭门羹”。
　　
　　“在这里等一等，里面正在‘打靶’。”中心三部书记郑奎兴，挥挥手示意。纯白色的房间内，红色警报器闪烁着刺眼光芒，也许是察觉记者略显紧张，他补充道：“这是正常实验，目前一天要3、4次，‘打靶’时人员不能进入。”
　　
　　“打靶”是激光实验的俗称，通过高功率激光瞬间聚集，穿过以微米计算的注入孔，射向目标物质，以收集工作数据、监测物质变化。其精密度要求，如同从绵阳打高尔夫球到重庆“一杆进洞”。
　　
　　5分钟后实验结束，记者走进空气洁净度为一万级的实验室，传说中的“神光Ⅲ原型装置”，如同一组列车展现在记者眼前。

　　
　　作为我国自主研发、全球第二台已用于实验运行的新一代高功率激光驱动器，它的“车头”是“种子”光源；“车身”是放大系统；“车尾”是如同载人太空舱般的“靶球”，能量在此聚集并射向球中心的物质。据介绍，它能在10－9秒内实现1万焦耳的激光能量输出。
　　
　　作为我国激光惯性约束聚变领域宏伟的大科学工程，我国科研人员从上世纪九十年代开始启动“神光Ⅲ”研究，“神光Ⅲ原型装置”2003年出光、2006年投入运行，使我国成为继美国之后第二个具备独立研制、建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。
　　
　　“它是为在建的‘神光Ⅲ’做技术积累，当然其自身也用于很多实验。”听着介绍，连记者也不免要醉心于这一设备所代表的无限未来：物理学家们憧憬了半个多世纪的终极能源，将通过它找到实现路径——使用强大的脉冲激光束照射微型靶丸，在瞬间产生极高温度和极大的压力，并维持一定约束时间，实现聚变反应，释放出如同“人造太阳”般的大量聚变能。
　　
　　就在这台“原型装置”实验室不远处，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，这就是2007年开工的“神光Ⅲ”主机工程，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。记者在这里发现，设备旁紧张工作的科研人员大多为70、80后的年轻人，一打听才知道，激光聚变研究中心研究团队平均年龄仅30岁。在现场为记者介绍情况的张鑫，今年28岁，2008年硕士毕业后加入研究团队，她告诉记者，作为一名年轻科研人员，能有机会亲身参加这样伟大工程的建设“很自豪、很荣幸”，每一份努力都使我们更接近成功。

　　
　　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。”郑奎兴说，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。
　　
　　多年来，通过科研人员们在塔尖上“跳舞”，一些看似神奇的创新，在这里则是“信手拈来”：为清洗设备中的价格不菲的珍贵光学器件，中心发明了通过高频率、低能量激光将灰尘炸落而不损害原件的设备。一次偶然的机会，国家文物部门找到研究所，尝试将其用于清洗文物，几番改进，效果良好，就这样国内首台激光文物清洗装置在此诞生。
　　
　　“未来我们还将建设更高功率的激光装置，为人类提供清洁的聚变能。”肩负神圣使命、低调研究探索，这里已代表我国在世界科技最尖端领域“潜伏”多年。

   “自从上世纪60年代初激光器问世以后，中、美、日、苏联等国即着手激光驱动惯性约束聚变研究，40多年来，该研究已取得重要进展，目前正处在实验室演示热核点火和燃烧前夕。”日前，刚从法国参加2011年惯性聚变科学与应用国际会议归来的中科院院士贺贤土在接受专访时表示。

　　贺贤土透露，美国国家点火装置（NIF）有望在明年进行点火演示。如果成功，则证明了惯性约束聚变（ICF）的科学可行性，这将是ICF研究的重要里程碑。同时，我国走了一条完全独立自主的ICF研究路线，预计2020年左右演示实验室点火和热核燃烧。

　　10月6日，美国国家核军工管理局和劳伦斯利弗莫尔实验室宣布其建造的国家点火装置完成了其首次综合点火实验。在试验中，192束激光系统向首个低温靶室发射了1MJ激光能量

　　美国预计将在2012年实现实验室点火

　　热核聚变能源是人类理想的干净能源。目前，实现可控核聚变主要有两种技术途径。一种是用托卡马克装置开展“磁约束聚变”的研究，如国际热核聚变实验堆（ITER）计划；另一种就是ICF。ICF是利用高功率大能量驱动器（目前是激光器）提供能量，使含氘氚聚变燃料的靶丸发生内爆压缩和热核点火燃烧，释放高增益的聚变能。ICF研究除了应用于聚变能源之外，还可用于国防和基础科学研究。

　　“实现聚变能需要经历实验室演示热核点火和燃烧、聚变发电演示和商用发电3个阶段。”贺贤土介绍，近年来，随着大能量激光器的建造和发展，特别是美国NIF的建成，研究正处在ICF点火前夕。

   2010年9月以来,美国在NIF上进行了国家点火攻关（NIC）实验。贺贤土介绍，在本次大会上，美国国家聚变点火装置计划首席科学家约翰·林达综合报告了研究进展。在2010年9月到2011年9月财年的第一轮实验中，他们取得了过去50年ICF点火和热核燃烧探索以来的重要进展，包括取得了热斑内2微克氘氚燃料已达到增益为1的结果，具有里程碑意义。这一轮实验旨在了解点火过程流体力学等的分解研究，以掌握点火过程各种重要物理因素的数据和规律，为进一步演示实验室点火做准备。该团队认为他们已确认了达到点火的优化内爆的步骤。

　　据悉，从2011年10月到2012年3月，该研究团队将进行第二轮实验，并计划继续调整靶的性能，目标瞄准2012年实现实验室点火。

　　10月6日，美国国家核军工管理局和劳伦斯利弗莫尔实验室宣布其建造的国家点火装置完成了其首次综合点火实验。在试验中，192束激光系统向首个低温靶室发射了1MJ激光能量

　　我国走了不同于美、法的自主研究路线

　　那么，我国ICF研究进展如何？其实，早在1964年，我国着名核物理学家王淦昌就在国际上独立提出激光驱动聚变的建议，由此掀开了我国ICF研究的历史。

　　“我国的研究起步比较早，但由于种种原因一直到1993年纳入国家863计划后才有很大的发展。”作为国家863计划ICF主题专家组原首席科学家，贺贤土介绍，该计划规划了国家ICF发展目标，确定了激光驱动器和单元技术、靶物理理论、靶物理实验、精密诊断设备、靶的制备“五位一体”协调发展思路，各方面均取得重大进展，打破了西方垄断和封锁，建立了独立自主研究ICF体系，为2020年左右我国演示实验室点火和热核燃烧计划打下重要基础。

　　“我国独立自主走了完全不同于美、法的研究路线。美国是直接从万焦耳级能量靶物理研究结果定标推到能量大50～60倍的兆焦耳激光器上进行点火演示。”贺贤土说，我国ICF点火研究采取的是一种从万焦耳级到十万焦耳级，再到百万焦耳级的循序渐进的路线图，即在近期万焦耳级激光器（神光Ⅲ原型、神光Ⅱ以及即将运行的神光Ⅱ升级装置）研究基础上，到2014年左右进入激光能量20万～40万焦耳神光Ⅲ平台研究。经过这一中间平台对靶物理进行充分研究，然后外推到激光能量约为神光Ⅲ能量4～5倍的神光Ⅳ上进行惯性约束聚变研究和点火演示，这样可以减少风险。这一路线选择也得到了国际同行的认可。

　　据悉，神光Ⅲ装置设计是48束激光，今年1月已出第一束激光，预计今年可安装完16束，计划2014年全部出光运行，进行物理实验。

各国激光武器

文章称日本卫星被击落

　　“ICF研究经过近50年的努力和几次国际上的大评审，总结了经验和教训，发展基本上是健康的。”贺贤土认为，从最近国际上的进展来看，美国有可能在2012年左右实现实验室点火演示，目前还没有发现物理和技术上不可逾越的重大障碍。但仍需充分重视深化靶物理研究，充分掌握各个主要环节的物理规律。

　　谈到科学可行性证明时，贺贤土说，能源用驱动器需要发射每秒约10次脉冲，每次脉冲需要达到像NIF那样的激光能量，美国代号“水星计划”的项目已有多年研究，目前中国、日本和法国也在积极研究。它涉及元器件关键技术、材料、排布等一系列复杂技术问题。从技术和经济角度看，目前其他驱动器（如准分子激光器、Z-Pinch装置、重离子束驱动器）还需作更大探索。