@ 2014.02.18 , 16:08

问答:世界上功率最强悍的激光可以用来干什么?

位于加利福尼亚劳伦斯利福摩尔国家实验室的美国国家点火装置(NIF)最近宣布了具有重要意义的里程碑结果:已经成功实现点火温度。这是热核反应所必备的条件。NIF不只是想要驯服太阳的能量来源,NIF还要研究清楚恒星的初次热核反应的形成原理。

在一年一度的AAAS大会(美国科学促进会)上,四名科学家将与我们讨论NIF将来可能用作的基本科学用途,同时会假设如果NIF完全属于他们所有,会被用来做些什么。

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问:NIF是设计用来干什么的?

Johan Frenje(麻省理工学院剑桥分院):NIF有3个足球场大小,有192根激光束。用这些全世界功率最强大的激光束照射在氘氚小丸上,让密度大大增加,我们希望整个过程产生极高高温和压力,进而引发核聚变。当达到这些条件时,我们就能够点火,产生的能量将超过点火输入的能量。目前我们已经取得重大进展,但是离点火成功还有很长的路要走。

Ani Aprahamian(圣母大学印第安纳分校):通过点火我们将获得类似太阳的能量源泉,可以产生无穷无尽的能量。但是要做到这点,技术上还有很多难题要攻克。

问:除了热核反应研究,NIF还能用于哪些科学研究?

A.A.:NIF的研究真正的意义在于理解物质。
我们觉得自己非常了解等离子体和核物质,实际上我们还没有真正理解。NIF可以用于开拓新知识。

J.F.:对我来说,要克服的最大问题是理解非常高温高压下的等离子体。这些是科学家还没有搞明白的领域,所以我们要做的还很多。

Narek Gharibyan(加利福尼亚劳伦斯利福摩尔国家实验室):NIF是一台很棒的中子发生装置,利用NIF我们可以进行底层的科学测量,尤其是观测同质异能态,这是一种原子核捕获能量从基态跳跃至激发态的状态。这些状态不是稳定态,所以要观察处在激发态的原子核是非常困难的。但是NIF会产生大量中子,发射激光时不断有原子核处于激发态,可以在同一时间测量到。一些模型预测了这些测量的结果,但是理论终究需要实验来验证,人们才能确定知识的正确性。

René Reifarth(德国歌德大学,法兰克福):在地球上以正常温度观测,大概是300开尔文,也即30摄氏度。在NIF激光发射时,热量达到1.5亿开尔文,比任何一颗恒星内部的温度都要更高。这是地球上其他地方都无法达到的温度,即便在NIF,这个温度也只能维持很短时间。如果将物质至于极端条件下,要回答的问题将更多。

问:NIF发射激光时和一颗恒星内部的状态有多接近?

R.R:这取决于不同的恒星,也取决于不同的激光。NIF可以制造出非常接近恒星温度的条件,当然了,恒星内部的温度要高得多,高温和高压的持续时间也更长。NIF确实可以创造这种条件,但仅限于短时间。如果我们能够解释小丸内部的现象,我们有可能可以解释恒星内部的现象。NIF是检验当今科学对核融合的理解,对爆炸的理解和对所有事情的理解。

问:如果NIF让你们用一星期,你会拿来做什么实验?

R.R:我会在小丸上涂上重元素看看会发生什么。

N.G.:我们总在谈论要收集在内爆过程中所有从小丸中发射出来的物质,这样才能研究等离子体形成和冷却过程中发生的现象,但是我们无法得知碎片是原子化还是成块。如果NIF是我的,我会做很多有趣的实验。

J.F.:我会观测带电粒子传输过程,或者说能量和例子在等离子体中是如何传输的。这是个很难的问题,我们还没有充分理解。目前对于这种现象有很多理论解释,但是关于过程的实验数据还没有。为了研究这种现象,人们已经付出了30年的努力,但是研究相当困难。我相信NIF可以观测到高质量的观测结果。

A.A:我觉得不缺主意吧。

维基

本文译自 Sciencemag,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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