中国核科学奠基人--王淦昌院士,和中国应用光学奠基人--王大珩院士
高功率激光和核聚变研究
1964年王淦昌独立提出激光聚变倡议,1965年立项开始研究。经几年努力,建成了输出功率100亿瓦的纳秒级激光装置,并于1973年5月首次在低温固氘靶、常温氘化锂靶和氘化聚乙烯上打出中子。1974年研制成功我国第一台多程片状放大器,把激光输出功率提高了10倍,中子产额增加了一个量级。在国际上向心压缩原理解密后,积极跟踪并于1976年研制成六束激光系统,对充气玻壳靶照射,获得了近百倍的体压缩。这一系列的重大突破,使我国的激光聚变研究进入世界先进行列,也为以后长期的持续发展奠定了基础。我国的激光科技事业,虽然也遭遇了"文革"十年浩劫,但借助于重点项目的支撑,仍艰难地生存了下来并取得了可贵的进展。
改革开放后,我国激光技术获得了空前发展的机遇。1980年5月,分别在上海、北京举行了第一次国际激光会议,与会代表218人(国外66人),邓小平同志亲切接见了与会中外代表。1983年在广州和1986年在厦门又举行了第二次、第三次国际会议,改变了我国的激光技术多年来封闭运转的局面,开始走向世界。先后成立了一批国家重点实验室、开放实验室、国家工程研究中心和产学研组织。在多项国家级战略性科技计划中,激光技术受到重视。"863"计划七大领域中有激光技术和光电子技术(包括用于信息领域的激光技术),1995年又增列了"惯性约束聚变"主题。国防预研光电子技术作为跨部门项目正式立项,其中也包括激光技术。国家"六五"和"七五"攻关计划,激光技术被列为重大项目。
惯性约束聚变激光驱动器
人类的能源从根本上说来自核聚变反应,即发生在太阳上的"轻核聚变"。人类已经在地球上实现了不可控的热核反应,即氢弹爆炸。要获得取之不尽的新能源,必须使这一反应在可控条件下持续地进行。为实现可控核聚变有两种方法,一是科学家们用托卡马克装置开展"磁约束聚变"的研究。另一条技术路线于20世纪60年代初提出的"激光惯性约束核聚变"。
惯性约束核聚变( Inertial Confined Fusion ICF )的基本原理是:使用强大的脉冲激光束照射氘、氚燃料的微型靶丸上,在瞬间产生极高的高温和极大的压力,被高度压缩的稠密等离子体在扩散之前,向外喷射而产生向内聚心的反冲力,将靶丸物质压缩至高密度和热核燃烧所需的高温,并维持一定的约束时间,完成全部核聚变反应,释放出大量的聚变能。然而聚变反应所要求的条件却极为苛刻。首先要有1亿度左右的高温;其次,参与反应的粒子密度要足够高并能维持一定的反应时间,即'nτ'值要达到1百万亿(秒/厘米3)以上,这就是著名的劳逊判据。一些国家的实验室已经在这类激光装置上作了大量的基础研究工作。美国、法国等已着手建造更大规模的巨型激光器,期望能够实现激光热核"点火"。
我国从上世纪60年代即开始惯性约束聚变的研究,在王淦昌、王大珩的指导下,中国科学院和中国工程物理研究院从80年代开始联合攻关,上海光机和长春光机都是协作单位。六十年代初,我国激光聚变研究刚刚起步的时候,钱学森院士就形像地指出:你们的事业是在地球上人造一个小太阳!ICF研究中关键设备是大功率的激光器。