解决能源来源是全人类面临的共同难题。核科学家认为,从根本上看,能源来自核聚变反应,即发生在太阳上的“轻核聚变”。人类在地球上实现了不可控的热核反应,即氢弹爆炸。如果要获得取之不尽的新能源,必须使这一反应在可控条件下持续地进行。实现可控核聚变有两种方法,一是科学家们用托卡马克装置开展“磁约束聚变”的研究,另一条技术路线为“激光惯性约束核聚变”。
因此,在物理学家王淦昌、王大珩的指导下,我国从上世纪60年代即开始激光惯性约束聚变的研究。钱学森曾风趣地说:“你们的事业是在地球上人造一个小太阳!”其中,关键设备是大功率的激光器。
在随后的几十年中,中科院上海光机所开始了高功率激光驱动器的研制和应用,并于1971年获得氘—氘碰撞中子。1978年中国工程物理研究院和中国科学院携手合作,致力于研制和应用钕玻璃激光驱动器——“神光”系列装置,取得了显著进展,推动了我国惯性约束聚变实验和理论研究,并在国际上占有一席之地。
1985年7月,激光12号装置成为我国规模最大的高功率钕玻璃激光装置,在国际上也是为数不多的大型激光工程。它由激光器系统、靶场系统、测量诊断系统和实验环境工程系统组成。输出激光总功率达1万亿瓦量级,而激光时间只有1秒钟的1/10亿~1/100亿。为进行激光核聚变新能源研究及其他多种物理研究提供了重要实验手段,并于1987年6月通过国家级鉴定。1986年,张爱萍将军为激光12号实验装置亲笔题词“神光”。于是,该装置被正式命名为神光-Ⅰ。1990年,神光-Ⅰ获得国家科技进步奖一等奖。
1993年,国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题,进一步推动了惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。1994年,神光-Ⅰ退役。1994年5月18日,神光-Ⅱ装置立项,工程正式启动,规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍。
截至2006年,神光-Ⅱ装置已经累计提供运行打靶3000多发次,开展了惯性约束聚变、X光激光等研究约30轮物理实验,获得了具有十分重要意义的结果。其中,激光惯性约束直接驱动打靶,获得单发40亿中子,是国际同类装置获中子产额的最好水平。
1995年,激光惯性约束核聚变在“863”计划中立项,我国科研人员开始研制跨世纪的巨型激光驱动器——神光-Ⅲ装置,计划建成10万焦耳级的激光装置。2007年2月4日,中物院神光-Ⅲ激光装置实验室工程举行了盛大的开工奠基仪式。规划中的神光-Ⅲ装置是一个巨型的激光系统,比当今世界上最大的NOVA装置还要大一倍多。据悉,惯性约束聚变点火工程已被确定为《国家中长期科学和技术发展规划》的16个重大专项之一,必将成为我国光学领域最宏伟的科学工程之一。
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