贺贤土院士：高能量密度物理方兴未艾
2012年12月15日
作者：王静
来源：中国科学报
贺贤土院士：高能量密度物理方兴未艾
贺贤土
■本报记者 王静
“高能量密度物理（HEDP）是一门正在兴起的物理学前沿交叉学科，研究的主要内容是能量密度大于每立方厘米10万焦耳状态下的物质特性和运动规律，是物理学的一个重要分支。”近日，在高能量密度物理国际会议间歇，中科院院士贺贤土微笑着向记者开始了科普。
宇宙中恒星和行星，都是高能量密度物质。为了研究宇宙物质的规律，在地球上，科学家们利用高功率激光器瞬间压缩物质，来模拟实现天体中的高能量密度状态。
让科学家感到兴奋的是，他们发现，高能量密度物理会涉及大量用传统物理无法完全解释的新现象。其中，典型的高能量密度（HED）现象，一般表现为量子效应与经典效应并存。
贺贤土解释说，在高能量密度状态下，物质温度通常小于费米温度，分子离解，原子部分电离，多种粒子共存。这种状态导致物质性质十分复杂：大量粒子自由度被激发，常常呈现出很强的集体效应和明显的非线性效应，并且常常形成了复杂的可压缩流体形态。
“高能量密度物理已成为物理学研究中的一个亮点。”贺贤土说。
贺贤土指出，高能量密度物理揭示了极端条件下物质的新结构和新特性。对此进行研究是物理学家面临的新挑战。
他进一步介绍道，高能量密度物理研究需要解决大量基础科学问题和应用问题。
不过，随着高功率激光器发展，高能量密度下的物质特性常常可用强激光进行研究，例如，天体物理实验室就是用强激光来研究观测到的高能量密度天体。因此，高能量密度物理研究不仅提供了激光驱动惯性约束聚变的物理基础，也有利于检验高能量密度物理的一些重要研究结果。
“事实上，激光聚变研究的最大动力来源于人类对能源的需求。”贺贤土说，“在激光聚变过程中，大量的科学问题属于高能量密度物理问题。如果其中规律被弄清楚了，人类就能设计出合适的聚变装置和燃料球，从而产生源源不断的聚变能。不过，该研究目前尚不成熟，投入使用尚需时日。”
因此，世界各国竞相对其进行研究。
其中，美国走在世界最前列。该国在上世纪80年代中期就设计并建成了纳秒级脉冲宽度、蓝光输出能量20千焦的NOVA激光装置，并在此基础上展开了大量有关激光聚变物理的实验研究。
90年代中期，美国又升级了NOVA和OMEGA激光器，输出纳秒级脉宽、蓝光能量30～40千焦，随后开始了国家点火装置（NIF）的建造，其总能量达到了1.8兆焦。
而我国于80年代中期建成了神光（SG）-I激光装置；2000年建成神光（SG）-II激光器，供物理实验。SG-II装置可以输出8束、总3千焦的蓝光能量，已用于5000多次物理打靶实验，当前正在进行进一步升级。
神光（SG）-III激光装置于2006年开始建造，设计能量为蓝光200千焦以上，预计近年内将正式运行。这些高功率激光装置的建成，使得我国激光聚变和高能量密度物理实验室研究得到了快速、蓬勃的发展。
《中国科学报》 (2012-12-15 第1版 要闻)