聚變能源，作為人類夢(mèng)寐以求的終極能源，也被譽(yù)為“人造太陽”，一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)發(fā)電，將從根本上解決人類能源問題。從美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置到國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(iter)計(jì)劃，無不是為這一終極目標(biāo)而探索。
為在這場(chǎng)漫長(zhǎng)曲折的終極能源探索中，升起來自東方的“中國(guó)太陽”，我國(guó)唯一的核武器研制與生產(chǎn)單位中國(guó)工程物理研究院，正是其中一支隱秘而偉大的先鋒力量：從1967年成功研制出我國(guó)第一顆氫彈，用慣性約束聚變的方式實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)至今，該院通過軍民融合的全國(guó)大協(xié)作，不斷打破國(guó)外技術(shù)封鎖，不斷沖擊世界先進(jìn)，逐步建立相對(duì)完整、獨(dú)立自主的慣性約束聚變研究體系，建成神光-ⅲ、聚龍一號(hào)等多套大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
日前，記者應(yīng)邀走進(jìn)中物院，探尋這里軍民融合發(fā)展，追逐我國(guó)聚變能源夢(mèng)的崢嶸歷程。
聚變反應(yīng)，基本原理是通過使氫的同位素結(jié)合，產(chǎn)生氦和中子釋放巨大能量。目前全球科學(xué)家們聚焦研究、可能實(shí)現(xiàn)可控核聚變的途徑主要有兩種，即磁約束聚變和慣性約束聚變。前者是通過強(qiáng)磁場(chǎng)較長(zhǎng)時(shí)間約束高溫稀薄等離子體使之發(fā)生聚變反應(yīng)，例如iter計(jì)劃。后者原理類似氫彈，是利用多種高能量驅(qū)動(dòng)方式形成高溫高壓環(huán)境，使氘氚靶丸實(shí)現(xiàn)熱核聚變點(diǎn)火和燃燒，從而釋放出更為巨大的能量。由于它可控、清潔、高效和資源充足，就像是裝在“瓶中的太陽”。
從上世紀(jì)60年代起，慣性約束聚變研究作為我國(guó)科學(xué)家與國(guó)際同步提出、同步研究的終極能源道路，于誕生之初便是我國(guó)軍民融合研究的典范。其理論雛形，最早來源于“利用愛因斯坦的受激輻射原理，將激光放大后照射氘氚產(chǎn)生中子的實(shí)驗(yàn)建議”。這是由我國(guó)著名科學(xué)家、曾任中物院副院長(zhǎng)的王淦昌先生在上世紀(jì)60年代，與國(guó)外科學(xué)家同期獨(dú)立提出的。隨后，為我國(guó)氫彈理論突破作出重要貢獻(xiàn)的于敏先生明確了慣性約束聚變的實(shí)現(xiàn)路徑。
“你們知道激光的名字是誰取的？神光系列又怎么得名？”中物院副總工程師張小民說，“‘激光’一詞是1965年由錢學(xué)森先生提出的，而在1966年，錢老聽說了慣性約束聚變的構(gòu)想后對(duì)此評(píng)價(jià)：你們的事業(yè)是在地球上人造一個(gè)小太陽。”
上世紀(jì)80年代，中國(guó)工程物理研究院與中科院通過科研合作，共同組建了慣性約束聚變研究團(tuán)隊(duì)，并成立了國(guó)內(nèi)第一個(gè)慣性約束聚變專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，開展理論、實(shí)驗(yàn)、診斷、制靶、驅(qū)動(dòng)器“五位一體”實(shí)驗(yàn)。1985年該項(xiàng)研究迎來重大成果，我國(guó)首臺(tái)實(shí)現(xiàn)兩路光源、千焦耳級(jí)出光，并可用于激光約束聚變科研的大功率激光器在中物院誕生，張愛萍將軍曾親自為它命名為“神光”。這就是目前我國(guó)神光-ⅰ、神光-ⅱ、神光-ⅲ系列名稱的來源。
在國(guó)際聚變科研領(lǐng)域，無論是磁約束聚變，還是慣性約束聚變，都是世界各個(gè)科技大國(guó)暗自角力的戰(zhàn)場(chǎng)。而我國(guó)的慣性約束聚變路線之所以在技術(shù)封鎖的環(huán)境下，與世界科技強(qiáng)國(guó)并駕齊驅(qū)，正是由于它的軍民兩用特殊性質(zhì)。“慣性約束聚變是在高溫、高壓、高密度條件下的實(shí)驗(yàn)。這實(shí)際上是與武器物理有關(guān)聯(lián)的。目前在全球科學(xué)界對(duì)于聚變能源的探索中，慣性約束聚變是一個(gè)非常典型的軍民兩用技術(shù)。”張小民說，由于慣性約束聚變可用于未來清潔能源開發(fā)，各科技大國(guó)紛紛投入巨資開展研究，競(jìng)相爭(zhēng)奪這一高技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。目前，隨著我國(guó)對(duì)聚變科研的不斷重視、新老科學(xué)家們前赴后繼的努力，慣性約束聚變相關(guān)領(lǐng)域的研究正不斷取得新突破。
作為開展高能量密度物理和慣性約束聚變研究的首臺(tái)十萬焦耳量級(jí)高功率激光裝置，“神光-ⅲ主機(jī)裝置”，已在中物院基本建成。作為亞洲最大，世界第二大激光裝置，神光-ⅲ主機(jī)裝置共有48束激光，總輸出能量為18萬焦耳，峰值功率高達(dá)60萬億瓦。2015年2月，神光-ⅲ主機(jī)裝置六個(gè)束組均實(shí)現(xiàn)了基頻光7500焦、三倍頻光2850焦的能量輸出，激光器主要性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，這標(biāo)志著神光-ⅲ主機(jī)基本建成，我國(guó)成為繼美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置后，第二個(gè)開展多束組激光慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)研究的國(guó)家。
2014年12月27日，中物院聚龍一號(hào)裝置建設(shè)項(xiàng)目通過國(guó)家驗(yàn)收。作為國(guó)內(nèi)首臺(tái)多路并聯(lián)超高功率脈沖激光裝置，其采用超高功率脈沖裝置驅(qū)動(dòng)柱形金屬絲陣負(fù)載，使其汽化并向軸心箍縮（即z箍縮），技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類先進(jìn)水平。中物院脈沖功率技術(shù)及應(yīng)用研究室主任王勐說，聚龍一號(hào)輸出電流達(dá)到800至1000萬安培，電流脈沖上升時(shí)間小于千萬分之一秒，瞬間功率超過20萬億瓦，相當(dāng)于全球平均發(fā)電功率的2倍。截至今年5月，該裝置進(jìn)行近170次試驗(yàn)，取得了一批達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。它的研制成功標(biāo)志著我國(guó)成為少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立掌握數(shù)十萬億瓦超高功率脈沖加速器研制技術(shù)的國(guó)家。
在國(guó)家大力支持下，在幾代科學(xué)家的不懈探索中，中物院慣性約束聚變科研及系列科學(xué)大裝置，不僅正為武器物理研究提供重要的支撐力量，同時(shí)也為人類開展遠(yuǎn)期聚變能源研究提供重要手段。
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