惯性约束系统进展

为实现受控热核聚变，必须把等离子体约束足够长时间。然而，磁约束方式既存在各样的宏观不稳定性，又存在有各种微观不稳定性，它们都可能使约束受到破坏。50 年代初，就有人从氢弹爆炸中受到启发，寻找到了一种通过惯性进行约束的方式。在氢弹爆炸中，氢的加热是由 ²³⁵U 裂变炸弹爆炸完成的。由于自身的惯性，在爆炸的极短瞬间，等离子体来不及四外扩散，就被加热到极高温度而发生聚变反应。60 年代，激光问世后， 为可控加热方式提供了可能。1963 年，前苏联的巴索夫（Basov，Nikolai Gennadievich 1922～）与中国物理学家王淦昌分别提出了激光核聚变方案。利用激光打在燃料靶上，使靶材料形成等离子体，由于自身惯性，在未来得及四散开来以前，即被加热到极高温度而发生聚变反应。

惯性约束的原理虽然简单，实现受控热核聚变尚需克服一系难题。首先，要有足够强的激光器。根据劳孙判据，要在极短时间（10^-10s）内， 把直径 1mm 的氘氚燃料靶加热到热核反应温度，激光器的能量应达到10⁹J，这几乎是不可能的。1972 年，美国的尼科尔斯、华能等人又提出了一种“向心聚爆方案”。在核爆炸前，通过向心聚爆，把靶丸压缩到高密度，密度升高，可以相应降低热核反应温度，从而减小激光器的能量。当聚爆的瞬时高压达到 10¹⁷ 帕斯卡时，利用驱动器使靶丸吸收激光或粒子束的能量，靶丸表面融蚀，向外喷射形成超高强的向内压力。为达到这一目的，来自驱动器的激光或粒子束波形和靶丸的结构要匹配得当。这对驱动器和靶丸的要求都很严格。向心聚爆原理的提出，给激光核聚变研究带来了活力。目前，惯性约束已与磁约束一起，成为受控热核聚变研究的两大平行发展的途径。由于激光器与聚变堆是分开的，惯性约束反应堆将比磁约束聚变堆简单得多。此外，惯性聚变研究还可用于军事目的。由于用惯性约束聚变模拟真实热核爆炸，可以在实验室获得数据资料，免去实弹实验的巨额耗资，一些拥有核武器的国家也在积极进行此项研究。

在惯性约束系统中，激光核聚变的进展异常神速。采用直接驱动法的激光聚变技术进展最大的是日本 GEKKO-Ⅻ钕玻璃激光器，它的能量达到10kJ，波长 526nm，它已将氘氚靶丸压缩到固体密度的 600 倍。现计划将激光器能量再提高 100 倍，用 24 路激光束射向靶丸，可望公元 2000 年前实现点火实验。美国直接驱动的激光聚变研究基地在罗彻斯特大学实验室OMEGA 激光器，它的能量达 2～3kJ，光脉冲宽度为 1ns，波长 351nm，激光分 24 路射向靶丸，氘氚燃料可被压缩到 200～300 倍固体密度。现在正计划把激光器能量提高到 30kJ，分 60 束输出，进行点火实验准备。

在间接驱动激光核聚变研究中，美国处于领先地位。这项研究的中心设在劳仑斯-利弗莫尔国家实验室（LLNL）。1985 年已建成名为 NOVA 的钕玻璃激光器，其基波波长 1054nm，可转换成二次或三次谐波。通常使用波长为 351nm 的三次谐波，以控制激光与等离子体相互作用产生的不稳定性。NOVA 的输出能量为 40kJ，脉冲宽度 1ns，分 10 束输出，可将靶丸密度压缩到 3.3±0.5g/cm³，离子温度达到 2.2±0.8keV，氘氚中子产生额为

（8.1±0.8）×10⁹ 个。根据 NOVA80 年代以来的实验进展，1990 年，美国国立科学院的评论报告和美国能源部的聚变咨询委员会的评论报告中联合提议，1994 年财政年度将把 NOVA 装置升级到 1～2MJ，1997 年进行点火的

低增益演示。这项研究的重点课题是激光与等离子体相互作用物理问题、流体动力学的不稳定性、X 光驱动的不对称对靶丸聚爆的影响以及建立和验证实验结果的数值模拟计算。1991 年 4 月，在日本召开的惯性约束驱动器国际会议上，美国宣布已批准 1991 年财政年度支持 NOVA 增强运行能力的计划。与此同时，劳仑斯-利弗莫尔国家实验室也相应提出了将 NOVA 升级到 1.5～2MJ、脉冲宽度 3～5ns 的具体方案。