激光核聚變原理

激光聚變是一個(gè)非常高功率激光器使用光學(xué)融合東西。

為了取出能量在核聚變反應(yīng)中，加熱燃料等離子體高溫，并且不得小于一定值的密度和時(shí)間的乘積，以使足夠的反應(yīng)，勞森條件必須滿足有。磁約束聚變旨在長時(shí)間保持低密度等離子體（1秒或更長時(shí)間），而燃料等離子體被壓縮并加熱到比固體密度高的密度，從而導(dǎo)致等離子體散射。過去一直在進(jìn)行慣性聚變的研究，其目的是在等離子體保持其自身慣性的同時(shí)產(chǎn)生聚變反應(yīng)并提取能量。激光聚變是慣性聚變的一種方法，它使用高功率激光來壓縮和加熱燃料。

除此之外，近年來已經(jīng)開發(fā)出了基于全新原理的激光融合技術(shù)，該技術(shù)利用了由激光和等離子體產(chǎn)生的質(zhì)子束。

激光核聚變中的靶丸是球?qū)ΨQ的。球的中心區(qū)域（半徑約為3毫米）充有低密度（≤1克/厘米3）的氘、氚氣體。球殼由燒蝕層和燃料層組成：燒蝕層的厚度為200—300微米，材料是二氧化硅等低Z（原子序數(shù)）材料；燃料層的厚度約300微米，材料是液態(tài)氘、氚，其質(zhì)量約5毫克。有的靶丸的中心區(qū)域是真空，球殼由含有氘、氚元素的塑料組成。有的靶丸則用固體氘、氚燃料，球殼由玻璃組成。

當(dāng)激光對(duì)稱照射在靶丸表面上時(shí)，燒蝕層表面材料便蒸發(fā)和電離，在靶丸周圍形成等離子體。激光束的部分能量在臨界密度層處（該處的等離子體頻率與入射的激光頻率相等）被反射掉，另一部分能量則被等離子體吸收并加熱等離子體。等離子體的熱量通過熱傳導(dǎo)穿過臨界密度層向燒蝕層內(nèi)傳遞，燒蝕層材料蒸發(fā)并向四周飛散產(chǎn)生反作用力（類似火箭推進(jìn)原理），將靶丸球殼向靶心壓縮（爆聚）產(chǎn)生傳播的球形激波，使靶丸內(nèi)氘、氚燃料的密度和溫度增加，這種效應(yīng)稱為向心爆聚。如果激光脈沖的波形選得合適，則向心傳播的球形激波可會(huì)聚到靶丸球心區(qū)域，使球心區(qū)域一部分氘、氚燃料優(yōu)先加熱，形成熱斑。當(dāng)熱斑中的溫度高到足以產(chǎn)生聚變反應(yīng)時(shí)，則釋放出的聚變能量就可驅(qū)動(dòng)通過靶丸徑向向外傳播的超聲熱核爆炸波，并在靶丸物質(zhì)移動(dòng)之前就能將燃料層的聚變?nèi)剂霞訜岵a(chǎn)生聚變反應(yīng)，最后將燒蝕層毀掉。因此，激光束的能量僅用于產(chǎn)生向心爆聚和加熱靶心的熱斑燃料上，不需將整個(gè)靶丸均勻加熱到熱核聚變溫度，從而降低了對(duì)激光器功率的要求。