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美国国家点火装置(NIF)(即激光聚变装置),由位于美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室研制。该计划自1994年开工以来延期了很多次,它最终的目标是2010年实现聚变反应,并达到平衡点,即激光在聚变反应中产生的能量大于它们所消耗的能量。该计划建造和运行花费超过35亿美元,容纳NIF装置的建筑物长215米,宽120米,相当于三个足球场。

基本信息

  • 中文名称

    美国国家点火装置

  • 外文名称

    NIF

  • 位于

    加州

  • 投资约

    约合24亿英镑

  • 建立时间

    1997年

  • 面积

    长215米,宽120米

折叠 编辑本段 基本介绍

美国国家点火装置(NIF)位于加州,投资约合24亿英镑,占地约一个足球场大小,1997年工程正式开始建设。"国家点火装置"产生的激光能量将是罗切斯特大学激光器的60倍,成为世界最大激光器。科学家希望该激光器能模仿太阳中心的热和压力,用以创造核聚变反应。

折叠 编辑本段 实验过程

先将外部激光增强10000倍,然后将一束激光分离为48束激光,再增强,进一步分离为192束激光,其总能量增加到原来能量的3000万亿倍,再聚焦到直径为3毫米的氘氚小丸上,产生1亿度的高温,压力超过1000亿个大气压,进而引发核聚变。每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180万焦耳能量的脉冲紫外光--这些能量的瞬时功率是美国所有电站产生的电能的瞬时功率的500倍还多。当这些脉冲撞击到目标反应室上,它们将产生X光。这些X光会击中于位于反应室中心装满重氢燃料的一个塑料封壳上。X光将把燃料加热到一亿度,并施加足够的压力使重氢核生聚变反应。释放的能量将是输入能量的15倍还多。这是因为激光在镜面之间来回反射,并通过3000块磷酸盐玻璃,其中的钛原子会使激光束扩大。利弗莫尔有850名科学家和工程师。另外大约有100名物理学家在那里设计实验。NIF的问题是它的激光每几小时只能发射一次。Mercury激光的方案已经在计划中。它不一定比NIF更大,它的目标是每秒钟发射10次脉冲。

国家点火装置建设和试运转完成后,2010年将开始进行正式点火实验。调试工作包括进行一系列优化和测试实验,以获取点火实验所必需的关键激光参数和点火靶参数。这些调试工作将在第一次点火打靶前完成。点火实验对靶工作性能的要求主要体现在:力能学性能、对称性,激波时序以及靶丸流体动力学。作为国家点火攻关项目的一部分,有关上述关键环节调试工作的详细计划和理论模拟工作目前正在进行。调试和诊断方法的研究正在现有的若干装置上进行。其中包括美国罗切斯特大学激光能学实验室的OMEGA激光装置,桑迪亚国家实验室的Z装置和洛斯阿拉莫斯国家实验室Trident激光装置。正在开展的制靶工作由美国通用原子公司(General Atomics),劳伦斯里弗莫尔国家实验室和洛斯·阿拉莫斯实验室负责。

折叠 编辑本段 各类装置

国际上已投入运行的巨型装置

激光装置国家及实验室 输出能量 束数 建成时间

GEKKO-XII日本大阪大学ILE 15KJ/3ω 12 1983

PHEBUS法国里梅尔实验室 10KJ/3ω 2

VULCAN英国卢瑟福实验室 2KJ/3ω 8

HELEN英国原子武器中心 1KJ/1ω 1

NOVA美国里弗莫尔实验室 40KJ/3ω 10 1984

OMEGA美国罗彻斯特大学LLE 30KJ/3ω 60 1995

Beamlet美国里弗莫尔实验室6.4KJ/3ω 1 1994

计划建造的巨型装置

装置名称国家及实验室 能量/波长 束数 预定进度

NIF美国里弗莫尔 1.8MJ/3ω 192 2002

MLF法国核武器所 1.8MJ/3ω 240 2005

100-TW英国武器中心>100KJ/3ω 32

日本大阪大学 >100KJ/3ω 尚未批准

折叠 编辑本段 进展

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)取得了重要进展,目前正在开展2009年完成NIF点火的筹备工作。NIF是美国国家核安全管理局(NNSA)的库存管理计划的关键环节。在受控实验室条件下,NIF将进行聚变点火和热核燃烧实验,实验结果将为NNSA提供相关武器生产条件的实验手段。这些条件对NNSA在不开展地下核试验的条件下评估并验证核武库的工作至关重要。NIF实验将研究武器效应、辐射输运、二次内爆和点火相关的物理学机理,并支持库存管理计划继续取得成功。NIF是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统,用于在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。192束矩形激光束将在30英尺的靶室中实现会聚,其中靶室内含有直径为0.44厘米的氢同位素靶丸。发生聚变反应时,温度可达到1亿度,压力超过1000亿个大气压。

2012年7月23日电 据中国国防科技信息网报道,7月5日,美国国家点火装置(NIF)实现了单束激光能量打破了美国的记录。

据美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室7月12日报告,美国国家点火装置7月5日发射了192束激光,并使其融合成了一个激光脉冲,产生了500万亿瓦特峰值功率,这比美国在任何特定时刻内使用的总电量还要高1000多倍,并且是人类历史上发射的能量最大的激光脉冲。

拥有世界上最大激光装置的NIF发出了192束经过光学放大的电磁辐射发光,所有的发射都是在几百万亿分之一秒内进行,传递了500万亿瓦特(百万兆瓦)的"峰值功率"以及1.85兆焦耳的紫外线激光

折叠 编辑本段 落成时间

世界上最大的激光聚变装置2009年5月29日在美国加利福尼亚州北部的利弗莫尔劳伦斯国家实验所举行落成典礼。这一装置能产生类似恒星内核的温度和压力,并使美国在无需核试验的情况下保持核威慑力。

据利弗莫尔劳伦斯国家实验所发表的新闻公报,这个激光聚变装置名为"国家点火装置(NIF)",被安置在一幢占地约3个橄榄球场地的10层楼内,它由美国能源部下属国家核安全管理局投资,从1997年开始建设,总共耗资约35亿美元。

折叠 编辑本段 原理

国家点火装置可以把200万焦耳的能量通过192条激光束聚焦到一个很小的点上,从而产生类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时的温度和压力。在此基础上,科学家可以实施此前在地球上无法实施的许多试验。

折叠 编辑本段 任务

国家点火装置共有3个任务:

第一个任务是让科学家用它模拟核爆炸,研究核武器的性能情况,这也是美国建设国家点火装置的初衷,即作为美国核武器储备管理计划的一部分,保证美国在无需核试验的情况下保持核威慑力。

第二个任务是使科学家进一步了解宇宙的秘密。科学家可使用国家点火装置模拟超新星、黑洞边界、恒星和巨大行星内核的环境,进行科学试验。这些试验大部分不会保密,将为科学界提供大量此前无法获取的数据。

第三个任务是保证美国的能源安全。科学家希望从2010年开始借助国家点火装置来制造类似太阳内部的可控氢核聚变反应,最终用来生产可持续的清洁能源。公报说:"国家点火装置所产生的能量远大于启动它所需要的能量,这是半个多世纪以来核聚变研究人员一直梦寐以求的'能量增益'目标。如能取得成功,将是有历史意义的科学突破。"

折叠 编辑本段 作用

加州州长施瓦辛格在落成典礼上发表讲话说,这一激光系统的建成是加州和美国的伟大成就,它将有可能使美国的能源结构发生革命性变化,因为它将教会人们驾驭类似太阳的能量,使其转变成驾驶汽车和家庭生活所需要的能源。

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