美展开核聚变点火实验：计划明年人造太阳

伤我心太深

据国外媒体11月24日报道，正当美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室尝试受控核聚变点火的研究进入第二年之际，美国能源部负责科学研究的副部长史蒂夫·柯宁(Steve Koonin)报告了在美国国家点火装置(NIF)过去数月中进行的三十多次实验的进展情况。在11月8号的一份备忘录中，柯宁指出此次点火试验对于国家点火装置和能源部都将具有重大意义。支持这一项目执行的国家点火项目(NIC)计划为期两年，目前即将面临到期。美国国家点火装置是世界上最强大的核聚变研究设备之一，它的目的是实现可控核聚变，人们常常称之为“人造太阳”。
　　美国国家点火计划(NIC)是在2009年开始进行的。当时正值耗时35亿美元的国家点火装置建成投入使用后不久。国家点火装置的建设工期超出预定达7年，预算也超支20亿美元。这一装备有192束激光的设备可以产生1.8兆焦耳的热量，用于尝试核聚变点火实验，其先期研制的主要支持力量来自军方的核武器项目。9月份时国家点火装置获得了迄今最高的激光能量和中子产量，数值分别为1.6兆焦耳和6?×?1014 。在此之前的最高激光能量纪录是今年6月份创造的1.3兆焦耳。根据柯宁的说法，此次1.6兆焦耳的能量达到了点燃核聚变“燃料”所需热量的1/3，而中子量大约还差一个数量级。
　　本月18日，就在柯宁宣布辞职的当天，他的备忘录被公开，在备忘录中他记录了18日当天的最后一篇日志。他表示在从10月28日开始进行的35次实验中，任务进行的还是比较顺利的，激光器的表现也非常良好。而点火目标也表现不错，性能稳定。不过他也指出实验过程中仍然存在一些问题，其中一部分是可以解决的，但是也有一部分将会很难对付。
　　从模拟走向成功
　　国家点火装置的科学家们发现他们对模拟实验结果的预期和实际情况总是存在很大的误差。对靶标表现的模拟显示人们对能量在黑体辐射空腔内的分布状况等方面的认识仍然存在不足。即便在进行针对性调整之后，最好的实验结果仍然仅能获得大约20%的理论预计产出。
　　科学家们现在正在不断进行相关的调试工作，这对于在2012年9月份的最后期限之前实现研制目标至关重要。实验室现在已经大大增加了实验的频率。并且将所谓实验点火阈值因子(ITFX)数值提升了5倍。但是这一数值的最高值仍然仅有点火阈值的10%左右。尽管“基本上符合项目计划”，但是这一ITFX数值的规定还是让这一宣称具有“绝佳实验控制性能和激光测试参数”的实验室感到失望。
　　柯宁同时还对这项他称之为“首次，同时也是极重要尝试”的点火试验被设定了精确的时间表感到沮丧，考虑到整个实验项目面临的诸多不确定性，这样的设定是不合理的。他认为比较审慎的做法应当是设计好一个2012年度的备份计划，而不是像现在这样划定2012年9月30日作为最后期限。
　　基于今年8月份通过的《预算控制法案》，联邦政府的预算正面临压缩，因此国家点火计划在2012年之后继续获得资助的不确定性非常大。直到今年11月22日，国会参众两院依旧在有关在未来十年中裁减1.2万亿美元预算开支的问题上争执不下。参众两院无法达成共识的结果当然就是对国防和民用领域的各部门公平对待，全部开刀。不过国防部的核武器研制部门近年来仍然能够得到国会的照顾，而该部门恰好是为国家点火计划提供支持的重要来源。
　　实现可控核聚变点火的技术难度极大，即便是在占地超过三座足球场的国家点火装置也是如此。工程师们必须确保激光束分四级，每级均以极其精确的时间间隔逐次增强其强度，并在书纳秒的极短时间内发出，以便激发一个柱状空腔内产生X射线场，进而实现均匀内爆，这将压缩一个包含氘和氚的小球体，这两种氢同位素是核聚变反应的燃料。如果时间上或者激光强度递增梯度上出现哪怕最微小的失误也会导致内爆不均匀，从而造成点火失败。最近进行的实验中工程师们发现最后一级激光脉冲总是会比预期的时间慢一些。
　　在最新的实验中工作人员们再黄金中掺入贫铀材料制成靶标空腔，用以替换先前使用的全黄金质地空腔。之前在罗切斯特大学进行的实验显示采用这种混合材料将对改善实验结果产生积极的影响。
　　柯宁表示此次实验的成败将不会对核武器的表现产生直接影响。不过他也表示此次点火试验中提供的数据将会使国家点火装置目前本已处于很高水准的核武储备管理水平得到进一步的加强。