美國國家點火裝置

美國國家點火裝置（NIF）（即雷射聚變裝置），由位於美國加利福尼亞州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室研製。該計畫自1994年開工以來延期了很多次，它最終的目標是2010年實現聚變反應，並達到平衡點，即雷射在聚變反應中產生的能量大於它們所消耗的能量。該計畫建造和運行花費超過35億美元，容納NIF裝置的建築物長215米，寬120米，相當於三個足球場。

基本介紹

• 中文名：美國國家點火裝置
• 外文名：NIF
• 位於：加州
• 投資約：約合24億英鎊
• 建立時間：1997年
• 面積：長215米，寬120米

基本介紹

美國國家點火裝置（NIF）位於加州，投資約合24億英鎊，占地約一個足球場大小，1997年工程正式開始建設。“國家點火裝置”產生的雷射能量將是羅切斯特大學雷射器的60倍，成為世界最大雷射器。科學家希望該雷射器能模仿太陽中心的熱和壓力，用以創造核聚變反應。

該裝置主要科學家與加州州長施瓦辛格一起

實驗過程

先將外部雷射增強10000倍，然後將一束雷射分離為48束雷射，再增強，進一步分離為192束雷射，其總能量增加到原來能量的3000萬億倍，再聚焦到直徑為3毫米的氘氚小丸上，產生1億度的高溫，壓力超過1000億個大氣壓，進而引發核聚變。每束雷射發射出持續大約十億分之三秒、蘊涵180萬焦耳能量的脈衝紫外光——這些能量的瞬時功率是美國所有電站產生的電能的瞬時功率的500倍還多。當這些脈衝撞擊到目標反應室上，它們將產生X光。這些X光會擊中於位於反應室中心裝滿重氫燃料的一個塑膠封殼上。X光將把燃料加熱到一億度，並施加足夠的壓力使重氫核生聚變反應。釋放的能量將是輸入能量的15倍還多。這是因為雷射在鏡面之間來回反射，並通過3000塊磷酸鹽玻璃，其中的鈦原子會使雷射束擴大。利弗莫爾有850名科學家和工程師。另外大約有100名物理學家在那裡設計實驗。NIF的問題是它的雷射每幾小時只能發射一次。Mercury雷射的方案已經在計畫中。它不一定比NIF更大，它的目標是每秒鐘發射10次脈衝。

美國國家點火裝置

國家點火裝置建設和試運轉完成後，2010年將開始進行正式點火實驗。調試工作包括進行一系列最佳化和測試實驗，以獲取點火實驗所必需的關鍵雷射參數和點火靶參數。這些調試工作將在第一次點火打靶前完成。點火實驗對靶工作性能的要求主要體現在：力能學性能、對稱性，激波時序以及靶丸流體動力學。作為國家點火攻關項目的一部分，有關上述關鍵環節調試工作的詳細計畫和理論模擬工作目前正在進行。調試和診斷方法的研究正在現有的若干裝置上進行。其中包括美國羅切斯特大學雷射能學實驗室的OMEGA雷射裝置，桑迪亞國家實驗室的Z裝置和洛斯阿拉莫斯國家實驗室Trident雷射裝置。正在開展的制靶工作由美國通用原子公司（General Atomics），勞倫斯里弗莫爾國家實驗室和洛斯·阿拉莫斯實驗室負責。

各類裝置

國際上已投入運行的巨型裝置

美國國家點火裝置

雷射裝置國家及實驗室 輸出能量 束數 建成時間

GEKKO-XII日本大阪大學ILE 15KJ/3ω 12 1983

PHEBUS法國里梅爾實驗室 10KJ/3ω 2

VULCAN英國盧瑟福實驗室 2KJ/3ω 8

HELEN英國原子武器中心 1KJ/1ω 1

NOVA美國里弗莫爾實驗室 40KJ/3ω 10 1984

OMEGA美國羅徹斯特大學LLE 30KJ/3ω 60 1995

Beamlet美國里弗莫爾實驗室6.4KJ/3ω 1 1994

計畫建造的巨型裝置

裝置名稱國家及實驗室 能量/波長 束數 預定進度

NIF美國里弗莫爾 1.8MJ/3ω 192 2002

MLF法國核武器所 1.8MJ/3ω 240 2005

100-TW英國武器中心>100KJ/3ω 32

日本大阪大學 >100KJ/3ω 尚未批准

進展

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置(NIF)取得了重要進展，目前正在開展2009年完成NIF點火的籌備工作。NIF是美國國家核安全管理局（NNSA）的庫存管理計畫的關鍵環節。在受控實驗室條件下，NIF將進行聚變點火和熱核燃燒實驗，實驗結果將為NNSA提供相關武器生產條件的實驗手段。這些條件對NNSA在不開展地下核試驗的條件下評估並驗證核武庫的工作至關重要。NIF實驗將研究武器效應、輻射輸運、二次內爆和點火相關的物理學機理，並支持庫存管理計畫繼續取得成功。NIF是目前世界上最大和最複雜的雷射光學系統，用於在實驗室條件下實現人類歷史上的第一次聚變點火。192束矩形雷射束將在30英尺的靶室中實現會聚，其中靶室內含有直徑為0.44厘米的氫同位素靶丸。發生聚變反應時，溫度可達到1億度，壓力超過1000億個大氣壓。

2012年7月23日電 據中國國防科技信息網報導，7月5日，美國國家點火裝置(NIF)實現了單束雷射能量打破了美國的記錄。

據美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室7月12日報告，美國國家點火裝置7月5日發射了192束雷射，並使其融合成了一個雷射脈衝，產生了500萬億瓦特峰值功率，這比美國在任何特定時刻內使用的總電量還要高1000多倍，並且是人類歷史上發射的能量最大的雷射脈衝。

擁有世界上最大雷射裝置的NIF發出了192束經過光學放大的電磁輻射發光，所有的發射都是在幾百萬億分之一秒內進行，傳遞了500萬億瓦特(百萬兆瓦)的“峰值功率”以及1.85兆焦耳的紫外線雷射

落成時間

世界上最大的雷射聚變裝置2009年5月29日在美國加利福尼亞州北部的利弗莫爾勞倫斯國家實驗所舉行落成典禮。這一裝置能產生類似恆星核心的溫度和壓力，並使美國在無需核試驗的情況下保持核威懾力。

據利弗莫爾勞倫斯國家實驗所發表的新聞公報，這個雷射聚變裝置名為“國家點火裝置（NIF）”，被安置在一幢占地約3個橄欖球場地的10層樓內，它由美國能源部下屬國家核安全管理局投資，從1997年開始建設，總共耗資約35億美元。

原理

國家點火裝置可以把200萬焦耳的能量通過192條激光束聚焦到一個很小的點上，從而產生類似恆星和巨大行星的核心以及核爆炸時的溫度和壓力。在此基礎上，科學家可以實施此前在地球上無法實施的許多試驗。

任務

國家點火裝置共有3個任務：

第一個任務是讓科學家用它模擬核爆炸，研究核武器的性能情況，這也是美國建設國家點火裝置的初衷，即作為美國核武器儲備管理計畫的一部分，保證美國在無需核試驗的情況下保持核威懾力。

第二個任務是使科學家進一步了解宇宙的秘密。科學家可使用國家點火裝置模擬超新星、黑洞邊界、恆星和巨大行星核心的環境，進行科學試驗。這些試驗大部分不會保密，將為科學界提供大量此前無法獲取的數據。

第三個任務是保證美國的能源安全。科學家希望從2010年開始藉助國家點火裝置來製造類似太陽內部的可控氫核聚變反應，最終用來生產可持續的清潔能源。公報說：“國家點火裝置所產生的能量遠大於啟動它所需要的能量，這是半個多世紀以來核聚變研究人員一直夢寐以求的‘能量增益’目標。如能取得成功，將是有歷史意義的科學突破。”

作用

加州州長施瓦辛格在落成典禮上發表講話說，這一雷射系統的建成是加州和美國的偉大成就，它將有可能使美國的能源結構發生革命性變化，因為它將教會人們駕馭類似太陽的能量，使其轉變成駕駛汽車和家庭生活所需要的能源。