4位科学家解读受控核聚变科学潜能
2014年02月18日
作者：张章
来源：中国科学报
4位科学家解读受控核聚变科学潜能
NIF轰击实验让科学家能对处于极端状态的物质进行研究。
图片来源：劳伦斯·利弗莫尔国家实验室
近日，位于美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）宣布了一个通向实现“点火”的重要里程碑，这将引领受控核聚变向前发展。但是，NIF不仅要学习驾驭恒星的能量，并且还在学习恒星最初是如何产生能量的。
事实上，让物质处于极限压力和温度的状态下，有助于科学家探索各种未知问题。在美国科学促进会年会上，4位科学家与人们探讨了NIF的基础科学潜能以及如果他们拥有激光会进行什么实验。
NIF计划做什么？
Johan Frenje（美国麻省理工学院）：NIF是一个大型激光设备，我们使用激光让燃料胶囊内爆，以达到非常高的密度，并且在我们称为“轰击”的过程中，希望达到很高的温度。当我们达到这些条件时，我们将可能点火，这样就产生比输入能量更高的能量。我们已经取得了大量进展，但要达成点火目标，还有很长的路要走。
Ani Aprahamian（美国圣母大学）：一旦实现点火，我们将有一个类似太阳的能量来源，能产生无尽的能量。但是，还有许多技术难关有待攻克。
除了进行核聚变研究，NIF还能做什么？
Aprahamian：实际上，NIF的根本工作是理解物质。也许我们认为自己十分了解等离子体和核物质，但其实并非如此。在这些尖端科学领域，你能用NIF做很多工作。
Frenje：对于我而言，最大的问题是了解超高温和超高压状态下的等离子体。这里有许多物理学现象未被充分理解，因此我们有相当多的工作要做。
Narek Gharibyan（劳伦斯·利弗莫尔国家实验室）：NIF是一个极好的中子源，我们可以用它进行基础科学测量。尤其是，我们正试着调查同质异构状态，即一个原子核获得能量，从其基态跳跃到激发态。但这些状态并不稳定，因此很难在一个激发核中进行测量。但因为NIF制造了如此多的中子，你能在同一次轰击中制造相关状态，并进行测量。虽然有模型能够对测量结果进行预测，但是我们仍需要实验结果证明我们认为的这些实际上是对的。
René Reifarth（德国歌德大学）：当在调查地球的正常温度时，我们可能读到这样一个数字：300开尔文或30摄氏度。但在NIF实验里，我们能达到1.5亿开尔文，这与恒星内部的温度差不多。你在其他地方无法做到这样，即使在NIF，人们也只能在非常短的时间里达到这一温度。这也是我们触摸到如此高温物质的唯一机会。如果你要把物质置于非常极端的条件下，还有更多问题要解决。
NIF实验与恒星内部作用机制的相似性如何？
Reifarth：这取决于恒星，也取决于轰击实验。但在NIF，人们能够达到与恒星温度非常接近的温度。当然，恒星核的温度要高得多，并且极端温度和压力的持续时间更长。NIF只能在内爆过程中创造出那些条件。不过，如果能解释NIF燃料胶囊里发生了什么，我们希望也能解释一颗恒星里发生了什么。NIF检测了我们对核聚变、爆炸等各种事情的基本认知。
如果大家都拥有NIF一周的时间，你们将做什么实验？
Reifarth：我将为这些胶囊涂上重元素，看看会发生什么。
Gharibyan：我们经常谈论收集胶囊内爆产生的各种东西，以便研究等离子体形成时发生了什么以及它是如何冷却的。例如，我们不清楚碎片是被雾化还是结成了大块。如果我们在NIF有自己的时间，能够做许多有趣的事情。
Frenje：我将研究带电粒子传输，或者能量和粒子是如何在等离子体内传输的。这是一个大问题，我们尚不能很好地理解。那里有许多理论，但是并没有该过程如何工作的实验数据。30年里，人们一直在试图进行相关研究，但是非常困难。我认为利用NIF能够进行许多颇具潜力的高质量测量。
Aprahamian：我不认为我们会缺少点子。（张章）
《中国科学报》 (2014-02-18 第3版 国际)