激光驱动的聚变促进清洁能源，第二部分

有一部分人认为，使用激光直接照射胶囊并导致内爆的直接驱动是有市场的方法。当然，这是罗切斯特大学 LLE 长期使用的策略，Ditmire 补充说。

“但我们还有一个额外的突破。这来自马库斯过去在利弗莫尔所做的研究，并且我们多年来一直在努力。我们现在知道这些拍瓦激光器可以产生非常明亮的质子爆发。因此，当您聚焦强激光时，我们谈论的是皮秒或亚皮秒激光，其强度可以达到 10 20 W/cm 2，因此强度比 NIF 高许多数量级，即 10 15W，”他说。“但是通过短脉冲，我们可以产生更高、更高的强度，这意味着电场要高得多。这意味着它们将电子加速到非常高的能量，从几十到几百兆伏。在 1990 年代后期，在利弗莫尔，他们发现当您将这样的激光聚焦在薄箔上时，电子会穿过箔并将质子从背面拉出。他们发现这会产生强烈且非常明亮的质子爆炸。”

“马库斯在20 年前写了一篇开创性的论文，其中他提议使用这些质子作为聚变燃料的点火器。传统方法的工作方式就像柴油发动机。没有火花塞，但本质上，你压缩，通过压缩，你加热你压缩的材料。问题是压缩必须完全对称。挑战在于获得那个热点。这就是为什么我们的方法来自利弗莫尔的一个想法，但使用质子，即所谓的快速点火。”

目标是通过用这些质子作为火花塞加热压缩燃料来传播燃烧。利弗莫尔最初的想法是使用电子的问题在于它们很轻并且相互排斥，因此它们在进入聚变燃料时会扩散得很远。马库斯的解决方案是使用质子，因为它们比电子更重并且表现得更好。

“我们将我们使用的策略称为质子快速点火，”Ditmire 解释说。“为了产生这种质子爆发，我们使用长脉冲激光进行直接压缩，然后发射超快激光脉冲。”

根据 Ditmire 的说法，根据 Livermore 的结果，认为在热点产生点火需要大约 15 kJ。“我们知道，我们已经在试验中证明，在我们需要的能量范围内，我们可以以大约 10%(正负)的效率加速质子。因此，如果我们需要 15 kJ 的质子，我们就需要 150 kJ 的短脉冲激光器。因此，在本世纪末之前，我们公司计划在此基础上建造一个点火级激光设施。我们的目标是在本世纪末建立一个点火规模的工厂，并计划在 2029 年底建立一个可信的点火实验。”

目标是提高效率，正如 Ditmire 所说，这有两个考虑因素。

“我们需要 100 的聚变增益，这是激光器聚变能量的 100 倍，因此我们正在建造的第一台激光器旨在实现高增益，”他说。“然而，第二个方面是你需要高效率。最终，您需要一种不仅非常高效，而且以高重复率发射的激光器，每秒至少 10 次。这将需要新的激光技术。因此，虽然我们正在开发物理以达到高增益，这是第一个支柱，但我们正在并行开发，特别是在德国，开发具有高电效率和高重复率的激光器技术。我们再次以源自利弗莫尔的技术为基础。英国也有一些作品起源于卢瑟福。在这里，我们的想法是仍然使用钕玻璃。所以我们仍然使用相同的材料，

“我们不需要维持等离子体条件，而是创造它，”Ditmire 补充道。“基本上，这个想法是压缩和加热它。然后融合接管。所以在等离子体中没有限制，没有反馈。所以对我们来说，你需要压缩到高密度，这意味着你需要良好的对称性，比如用手指压缩一个橙子。如果你只有几根手指，橙子会喷出或喷到手指上。所以首先要做的是压缩到高密度。这很有挑战性，但可行。”

下一个目标是改进以 10 Hz 高效发射的激光器。第二件事是你必须击中一些东西才能使融合起作用，这意味着你需要一个目标。

“因此，如果一个聚变发电厂以 10 Hz、每秒 10 倍的速度运行，则每天需要 900,000 个目标，”Ditmire 说。“利弗莫尔几乎需要几个月的时间才能建立一个完美的目标;我们必须开发技术以实现每天一百万的批量生产目标。然后第三件事是提取能量，这意味着你得到了这种聚变，一个小型的聚变爆炸，向外发射这些中子，你必须捕获它们来发电)。”

结论

当前的清洁技术无法满足预期的全球能源目标。也许能够满足预期需求缺口的唯一清洁、丰富的能源就是聚变。但我们要成功，需要大量的研发。NIF 在聚变研究中并不孤单。其他项目，例如法国南部正在建设的大型工厂ITER，正在使用不同的技术来解决这个问题。

由于核聚变不会产生有害的、长寿命的放射性废物或导致气候变化的温室气体，因此它将成为地球上理想的能源。

在 NIF 聚变测试中，几束激光束聚焦在一个装有胡椒粒大小的燃料胶囊的微型圆柱体上。当强烈的激光爆发撞击气缸时， X 射线会分散，从而使胶囊的外部汽化并使内部的燃料爆炸。

Ditmire 声称这种燃料是氘和氚的组合，氘和氚是两种不同形式的氢，在它们的原子核中分别带有一个或两个中子。当燃料内爆时，会达到将氢聚变成氦所需的巨大密度、温度和压力。氦气能够通过称为阿尔法加热的过程进一步加热剩余的燃料，从而引发聚变链式反应。

根据 Ditmire 的说法，这个惯性聚变实验的独特之处在于以比以前更快的速度进行 α 加热。当然，物理学专家必须解决广泛的问题和结构缺陷才能做到这一点。目的是通过调整激光脉冲来优化融合。

Focused Energy 的激光聚变之路还创造了开发近期激光驱动辐射源 (LDRS) 的机会，以解决国家安全、海事和基础设施部门的关键检查问题。与只能观察重原子(例如骨骼中的钙)的 X 射线相比，Focused Energy 的 LDRS 产生的中子能够看到由钢中的氢、各种聚合物中的碳原子和氮炸药产生的裂缝——所有这些都不会打开或损坏物品。这是一个扩大生产规模和降低成本的机会，并有助于发展分析、工程和材料的可靠性能力。