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贺贤土院士与刘杰研究员的合作文章在《Physical Review Letters》上作为亮点工作发表

2017年4月19日,北京大学应用物理与技术研究中心贺贤土院士与刘杰研究员合作的研究文章在著名物理期刊《Physical Review Letters》上作为亮点文章发表,并通过美国物理协会(APS)的在线期刊《Physics》以新闻简介的形式进行推荐(详见https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.118.165001)。 相关研究工作是在贺贤土院士的积极推动和领导下完成的。

激光核聚变,是利用强激光点燃燃料靶丸从而引发的热核聚变的过程,它是人类实现可控热核聚变、核爆模拟以及获得清洁能源的重要方式。目前最新的进展是来自美国的国家点火装置NIF上的实验,其研究人员在2014年初宣布燃料芯部点火热斑释放的聚变能量首次超过热斑燃料吸收能量,但所获得的聚变能量距离燃料整体成功“点火”还有近两个量级的差距。

当前激光聚变采取的主要技术路线是利用激光直接或者间接驱动内爆压缩含聚变燃料的球壳,以获得热核聚变所需要的高压与高温状态。通过高收缩比(~30倍)的内爆压缩设计以期获得较高的聚变能量增益。但是,高收缩比内爆意味对各种非理想因素如,激光等离子体相互作用不稳定性、流体力学不稳定性和辐照不对称性等非常敏感。这些复杂非理想因素制约了激光聚变点火的实现。

北京大学应用物理与技术研究中心贺贤土院士和刘杰研究员带领理论研究团队在深入剖析NIF聚变点火所面临的关键问题的同时,不断探索新的激光聚变技术途径。近日,他们研究了激光驱动球形汇聚等离子体聚变的新机制。利用强激光直接烧蚀含聚变材料的球壳内表面,产生向球心汇聚的高速膨胀高温等离子体,高温等离子体在球心碰撞阻滞之后其动能进一步转化为离子内能,进而诱发聚变反应。激光驱动球形汇聚等离子体聚变不需要高的收缩比,在球心可以获得的近亿度聚变等离子体火球,具有能量耦合效率高,聚变产额稳定的优点。

该理论团队基于激光驱动球形汇聚等离子体聚变的新概念进行了设计实验,并与激光聚变研究中心的实验团队合作,在我国神光III原型激光装置上开展了验证实验,成功地观测到了近亿度的等离子体聚变火球,并且获得了稳定的高聚变产额。实验的聚变产额与理论预期的标度律符合很好。按照理论标度,利用激光驱动球形汇聚等离子体聚变,可在美国 NIF激光装置上获得的更高的聚变产额。 同时,根据理论外推,期望在3MJ以上的激光装置上获得聚变能量与激光能量的得失等当。

 

 

 

 

文章链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.165001

 

 


 

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