文章來源：“中國激光雜志社”公眾號

2年前的12月，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室傳出好消息，人類在實用化可控核聚變的道路上又前進了一大步。此后，在激光聚變研究領(lǐng)域不斷傳出好消息：2023年7月30日，NIF采用2.05 MJ激光驅(qū)動能量，獲得了3.88 MJ的氘氚聚變放能；2023年10月8日，NIF采用1.9 MJ激光驅(qū)動能量，獲得了2.4 MJ的氘氚聚變放能；2023年10月30日，NIF采用2.2 MJ激光驅(qū)動能量，獲得了3.4 MJ的氘氚聚變放能。

圍繞激光聚變技術(shù)的進展，中國激光雜志社“海上有光”欄目邀請了中國科學院上海光學精密機械研究所朱健強研究員、上海師范大學沈百飛教授，并由北京大學張志剛教授主持，與中國激光雜志社英文部部長丁潔一起深入交流。

以下為文字實錄（根據(jù)訪談內(nèi)容有所刪減）：

張志剛：本期主題是核聚變能否終極解決能源問題。請問各位平時開什么車？

朱健強：我開油車，但家里還有一輛電車。

沈百飛：我開的是電車，它能量轉(zhuǎn)換效率高，且能解決城市污染問題。

朱健強：實際上最環(huán)保的是丁部長，因為她不開車。

丁潔：我開共享單車。

張志剛：光機所全稱是上海光學精密機械研究所，自1964年成立以來就致力于激光研究。激光是耗能的，那激光聚變?nèi)绾闻c能源掛鉤？

激光聚變?nèi)绾吸c火？

朱健強：從激光誕生起，科學家們就提出激光能否實現(xiàn)核聚變的問題。上海光機所成立之初就將激光聚變作為研究方向，持續(xù)至今。兩年前美國實現(xiàn)的激光聚變點火是里程碑式的工作。但要實現(xiàn)商業(yè)聚變應(yīng)用，還有很長的路要走。

沈百飛：激光聚變方案自激光發(fā)明后不久就被提出。在我國，王淦昌先生1964年提出用激光產(chǎn)生熱核中子?，F(xiàn)在終于看到激光點火方案可以成功。

張志剛：激光點火到底怎么點火？比如神光Ⅱ裝置“神”到了什么程度？

朱健強：科學技術(shù)的進步，從0到1是科學，之后是技術(shù)。神光Ⅱ裝置既有科學又有技術(shù)問題，我國在這方面在國際上有影響力。我們做了很多里程碑式的工作，如多通放大和自適應(yīng)光學。

沈百飛：“點火”是物理概念，指聚變熱斑上等離子體的溫度、密度和約束時間三者的乘積達到一定值，使聚變反應(yīng)持續(xù)燃燒。還有“增益”概念，即輸出能量與輸入能量之比。最近NIF已取得非常大進步。但從發(fā)電和能源角度來看，還有很長的路要走。

張志剛：您說的是能量的概念，若論峰值功率，所用脈沖的峰值功率如何？

朱健強：這不會影響電網(wǎng)，因為是儲能的，靠電容器釋放，總能量并不大，功率雖高，但能量不大。

沈百飛：激光聚變一般用納秒激光，功率較高。以NIF為例，總共有192路納秒激光一起點火，總功率達500個太瓦。但實際上，與皮秒或飛秒激光的功率相比還是不夠的。這些激光功率靠電能儲存到電容器里，然后在短時間釋放。

張志剛：儲能將電能儲存到電容器里，但放完電后需重新存儲，要花多長時間？

沈百飛：對于實驗來說，朱老師這邊的激光現(xiàn)在兩個小時才打一發(fā)，所以不用擔心對電網(wǎng)有影響。若真要發(fā)電，每秒需打5~6發(fā)，那需要總能量不小。

張志剛：那可以自己給自己供電。

沈百飛：對，它自身是一個發(fā)電廠。

朱健強：將來要做商業(yè)用發(fā)電有兩個問題，一是要快充電、快放電，如每秒10次。二是激光器要高重復(fù)頻率地工作，才能可持續(xù)發(fā)電。

沈百飛：激光聚變的歷史曲折。2000年左右，美國已用小規(guī)模激光裝置進行實驗。當時估計擴大激光裝置可實現(xiàn)點火，但計劃激進。NIF 2009年建成，美國又制定點火攻關(guān)計劃，希望三年實現(xiàn)點火，但2012年完全失敗。很多人悲觀失望，甚至考慮不再做聚變，但美國后來沒放棄，繼續(xù)向國會要錢運行裝置。2013年初步有結(jié)果，堅定了信心，直到現(xiàn)在的成功，科學的堅持非常重要。

激光聚變的能量有多大？

張志剛：激光聚變的能量有多大？靶到底有多大？

沈百飛：有一個10米大的真空腔室，中間放置間接驅(qū)動靶，約一厘米尺寸。激光打在靶腔壁上產(chǎn)生X光，用X光做內(nèi)爆。真正點火的靶丸只有一毫米大小，像一個冷凍的由氘氚組成的空心湯團。

張志剛：它的溫度也特別低，比液氦還要低？

沈百飛：對，氫變成固體很難，所以溫度很低。

朱健強：它有一個制冷機，冷凍靶瞬態(tài)打開。

沈百飛：要把這樣的東西“灌”到空心湯團里不容易，且外面要磨得非常光滑，否則可能觸發(fā)不穩(wěn)定性因素。

張志剛：就這么一毫米的東西，能發(fā)出多少能量？

沈百飛：激光打進去差不多兩個兆焦，若打得好，有100倍能量增益，就能產(chǎn)生200兆焦能量。比如說，靶丸點火只需幾十千焦能量，但要把整個靶丸盡可能多的燃料燒起來，若有30%能量被燃燒，就非常好，可達100倍增益。

張志剛：雖然有100倍增益，但它就像火柴一樣，瞬間就燒沒了？

沈百飛：對，我們點一次也就是燒一個靶。若達100倍能量增益，也許可發(fā)電。若真正發(fā)電，要不斷地點，如一秒點10次。這對激光器有非常高要求。

張志剛：這是個高難度動作?，F(xiàn)在是兩個小時一次？

朱健強：對，然后散熱，做熱平衡，再打下一發(fā)。

張志剛：所以不能實現(xiàn)持續(xù)地燃燒？

朱健強：主要要提高激光器的重復(fù)率，讓它高重復(fù)率工作，同時送靶機構(gòu)也要重復(fù)高效工作。從技術(shù)上來講，現(xiàn)在大家也都在關(guān)注這個事。

丁潔：點火的溫度不是要特別高嗎，需要什么材料的容器才可以容納這么高的溫度？

沈百飛：其實容器容忍的上限不在于溫度，而在于能量，即溫度乘時間的乘積。做聚變點火實驗時，外面的真空腔一般用鋼或鋁。雖然聚變產(chǎn)生的溫度和太陽上的溫度類似，但它以高能粒子或中子的形式擴散到板壁上，這些粒子總能量其實還不是很高，不會對板壁造成多大影響。

張志剛：如果沒有一點影響的話，怎么燒水壺？

沈百飛：若真到使用聚變能源時，靶室壁也用鋼材料，但里面會充滿液鋰。聚變產(chǎn)生的能量粒子打到鋰上，把鋰燒熱，用鋰來循環(huán)燒開水發(fā)電。中子打到鋰上可同時產(chǎn)生氚，這樣整個循環(huán)就可走起來。

激光聚變安全嗎？

張志剛：接下來我們說說安全問題，公眾非?？?ldquo;核”，咱們這個裝置在上海嘉定，有沒有輻射問題？

朱健強：我簡要回答，我不太熟悉核防護問題。但我要用好裝置，為大家提供保障。我們請最專業(yè)、最權(quán)威的人做好評估。我們實驗室每個樓層都有輻射計量計，我們自己進去也都有測量，我認為是非常安全的環(huán)境狀態(tài)。

沈百飛：要隨著研究不斷深入，不斷評估核安全問題。一方面是激光本身的安全問題；另一方面，打靶的過程就是點火的過程，中子強度非常高，可認為是強核輻射。但打靶時一般都有東西防護，且中子很快就消失了。在實驗室里，靶區(qū)旁邊的人離開就行。這些中子或伽馬射線會打到腔壁上，特別是鐵之類的，會產(chǎn)生一些短壽命的核，也會慢慢衰減。也有少量長壽命的核要小心。因為激光聚變是脈沖式的，天然可中斷，如果有問題，下一發(fā)就不會打。

朱健強：我們所有的系統(tǒng)，包括激光安全和核安全，一旦有故障全部停機，有安全連鎖。安全問題是個大問題，要用最好的防護方法去防護。

丁潔：那我們在所里工作就放心了。

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