NIF 创造出 500 TW 激光脉冲

经过十五年的研究,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(Lawrence Livermore National Laboratory's National Ignition Facility, NIF)实验中心于7月5日创造了一个破纪录的 500 TW(1TW=1012W)激光脉冲。 NIF 使用 192 束激光的系统产生了超过 500 万亿瓦的峰值功率(太瓦或 TW)和 1.85 兆焦耳(MJ)的紫外线激光。500 TW 的功率超过了整个美国任一瞬间用电功率总和的 1000 倍,而 1.85 兆焦耳的能量是目前其它任一激光器常规能量的 100 倍。

在二十世纪九十年代,科学家们计划建造具有极大能量的激光器,并提出了具体的性能参数指标。这个激光脉冲终于实现了 NIF 的这一极具挑战性的目标。同时具有极端的能量水平和峰值功率的激光器,是实现一个物理学的重大挑战的关键要求 —— 在实验室中点燃氢核聚变以产生更多的能量,比系统消耗掉的能量要多。在这次具有划时代意义的测试中,NIF 的 192 束激光在相差亿万分之几秒的时间内(这比我们日常所说的“同时”要精确很多)向一个直径2毫米的目标发射。发射总能量满足要求,误差在 1% 以内。而且束束均匀性(192 个光束彼此相似)误差也在 1% 以内。这使得 NIF 的激光器不仅是能量最大的,也是最精确、复现性最好的。NIF 主任 Edward Moses 说,“NIF 正在实现科学家于 20 年前提出的各种设想。这是完全可行的,科学家向着实现点火(氢核聚变)的方向迈出了重要的一步,给那些为了国家安全、基础科学和清洁能源而努力的人们提供了实验基础。”

国家点火装置的前置放大器

在激光向靶室前进的过程中,NIF 前置放大器是提高激光能量的第一步

麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)的高能量密度物理部门负责人、高级研究科学家 Richard Petrasso 说,“NIF 团队的 500TW 激光脉冲是一项伟大的成就,为进行迄今只存在于恒星内部深处的实验现象的研究创造了前所未有的条件。对全世界正在进行极端条件下的基础科学研究和想实现实验室核聚变的科学家来说,这是一项伟大的、令人振奋的成就。”

低温冷却的标靶

这是从激光束入射的方向上的一个小孔看到的低温冷却的标靶。在核聚变实验中,必须将氢原料压缩到相当于铅的密度的 100 倍。

NIF 的实验运行得非常稳定,并保持了很高的性能。7月5日的实验是针对标靶的、能量超过 1.8MJ 的第三次实验。在7月3日的时候,科学家得到了最高的激光脉冲能量 1.89MJ,峰值功率 423TW。3月15日的时候第一次得到了脉冲能量 1.8MJ、峰值功率 411TW 的激光脉冲。

人们最初担心的一方面是,在 1990s 后期就已经在使用的光学装置,其质量恐怕难以承受达到如此高水平的激光能量。劳伦斯利弗莫尔实验师的研究人员与他们的工业伙伴紧密合作,尽力改进制作方法,大幅度减少缺陷数量。利弗莫尔科学家们还制定了内部程序,以消除和减轻少量多次激光发射造成的损害。

NIF 的实验正在影响着英国、法国、俄罗斯、日本和中国那些在建或计划建造的大型激光设备的设计。

via phy.org©

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