激光核聚变就是利用激光照射核燃料使之发生核聚变反应。它是模拟核爆炸物理效应的有力手段。

简介

核聚变定义

另一定义

激光核聚变在军事上的意义

世界各国在激光核聚变上的发展

简介

由于激光核聚变与氢弹的爆炸在许多方面非常相似，所以，20世纪60年代，当激光器问世以后，科学家就开始致力于利用高功率激光使聚变燃料发生聚变反应，来研究核武器的某些重要物理问题。

我们知道，氘、氚等较轻元素的原子核相遇时，聚合为较重的原子核，并释放出巨大能量的过程称为核聚变。人工控制的持续聚变反应可分为磁约束核聚变和惯性约束核聚变两大类。后者又可分为激光核聚变、粒子束核聚变和电流脉冲核聚变3类。

激光核聚变主要有3种用途：一是可为人类找到一种用不完的清洁能源，二是可以研制真正的“干净”核武器，三是可以部分代替核试验。因此，激光核聚变在民用和军事上都具有十分重大的意义。

核聚变定义

核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。 相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。

目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。

目前主要的几种可控核聚变方式：

超声波核聚变

激光约束（惯性约束）核聚变

磁约束核聚变（托卡马克）

另一定义

比原子弹威力更大的核武器—氢弹，就是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘(dao)、氚(chuan)等。核聚变也会放出巨大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程，它的光和热就是由核聚变产生的。

核聚变能释放出巨大的能量，但目前人们只能在氢弹爆炸的一瞬间实现非受控的人工核聚变。而要利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务，就必须使核聚变在人们的控制下进行，这就是受控核聚变。

实现受控核聚变具有极其诱人的前景。不仅因为核聚变能放出巨大的能量，而且由于核聚变所需的原料——氢的同位素氘可以从海水中提取。经过计算，1升海水中提取出的氘进行核聚变放出的能量相当于100升汽油燃烧释放的能量。全世界的海水几乎是“取之不尽”的，因此受控核聚变的研究成功将使人类摆脱能源危机的困扰。

但是人们现在还不能进行受控核聚变，这主要是因为进行核聚变需要的条件非常苛刻。发生核聚变需要在1亿度的高温下才能进行，因此又叫热核反应。可以想象，没有什么材料能经受得起1亿度的高温。此外还有许多难以想象的困难需要去克服。尽管存在着许多困难，人们经过不断研究已取得了可喜的进展。科学家们设计了许多巧妙的方法，如用强大的磁场来约束反应，用强大的激光来加热原子等。可以预计，人们最终将掌握控制核聚变的方法，让核聚变为人类服务。

利用核能的最终目标是要实现受控核聚变。裂变时靠原子核分裂而释出能量。聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的较重的原子核而释出能量。最常见的是由氢的同位素氘（读"刀"，又叫重氢）和氚（读"川"，又叫超重氢）聚合成较重的原子核如氦而释出能量。 核聚变较之核裂变有两个重大优点。一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据测算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说是取之不竭的能源。至于氚，虽然自然界中不存在，但靠中子同锂作用可以产生，而海水中也含有大量锂。

第二个优点是既干净又安全。因为它不会产生污染环境的放射性物质，所以是干净的。同时受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行，所以是安全的。

目前实现核聚变已有不少方法。最早的著名方法是"托卡马克"型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内以实现上述三个条件。虽然在实验室条件下已接近于成功，但要达到工业应用还差得远。按照目前技术水平，要建立托卡马克型核聚变装置，需要几千亿美元。

另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压（反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束），就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度（大概需要几十亿度）时，小球内气体便发生爆炸，并产生大量热能。这种爆炸过程时间很短，只有几个皮秒（1皮等于1万亿分之一）。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站。

原理上虽然就这么简单，但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率，离需要的还差几十倍、甚至几百倍，加上其他种种技术上的问题，使惯性约束核聚变仍是可望而不可及的。

尽管实现受控热核聚变仍有漫长艰难的路程需要我们征服，但其美好前景的巨大诱惑力，正吸引着各国科学家在奋力攀登。

激光核聚变在军事上的意义

激光核聚变在军事上的重要用途之一是发展新型核武器，特别是研制新型氢弹。因为通过高能激光代替原子弹作为氢弹点火装置实现的核聚变反应，可以产生与氢弹爆炸同样的等离子体条件，为核武器设计提供物理学数据、检验有关计算程序，进而制造出新型核武器，成为战争新的“杀手”。

众所周知，早在20世纪50年代，氢弹就已研制成功并装备部队。但氢弹均是以原子弹作为点火装置的。原子弹爆炸会产生大量的放射性物质，所以这类氢弹被称为“不干净的氢弹”。

采用激光作为点火源后，高能激光直接促使氘氚发生热核聚变反应。这样，氢弹爆炸后，就不产生放射性裂变产物，所以，人们称利用激光核聚变方法制造的氢弹为“干净的氢弹”。传统的氢弹属于第二代核武器，而“干净的氢弹”则属于第四代核武器。它的发展不受《全面禁止核试验条约》的限制。由于不会产生剩余核辐射，因此，它可以作为“常规武器”使用。

一旦激光核聚变技术成熟，制造干净氢弹的成本将是比较低的。这是因为不仅核聚变的燃料氘几乎取之不尽，而且，激光核聚变还能使热核聚变反应变得更加容易。通过激光核聚变，可以在实验室内模拟核武器爆炸的物理过程及爆炸效应，模拟核武器的辐射物理、内爆动力学等，为研究核武器物理规律提供依据，这样就可以在不进行核试验的条件下，继续拥有安全可靠的核武器，改造现有核弹头，并保持核武器的研究和发展能力。此外，激光核聚变还具有可多次重复、便于测试、节省费用等优点。

世界各国在激光核聚变上的发展

就模拟核试验技术总体而言，美国仍居世界领先地位。美国不仅拥有世界上最大的“诺瓦”激光器、世界上功率最大的 X射线模拟器，而且，早在1998年，美国能源部就开始在劳伦斯利弗莫尔国家实验室启动“国家点火装置工程”。这项军民两用的高能激光核聚变研究工程计划于2003年投入运行，总投资为22亿美元。其中的20台激光发生器是研究工作的大型关键设备。法国激光核聚变研究以军事化为主要目标。为确保法国 T N－75和 T N－81核弹头能始终处于良好状态，早在1996年，法国原子能委员会就与美国合作实施一项庞大的模拟计划——— “兆焦激光计划”，即高能激光计划，预计2010年前完成，经费预算达17亿美元。其主要设施———240台激光发生器建造在纪龙德省。这些激光发生器可在20纳秒内产生1.8兆焦能量，产生240束激光，集中射向一个含有少量氘、氚的直径为毫米的目标，从而实现激光核聚变。

早在20世纪70年代，日本就投入了大量财力、人力和物力进行激光核聚变研究。1998年，日本研制成功了核聚变反应堆上部螺旋线圈装置（ L H D）和高达 15米的复杂真空头，标志着日本已突破建造大型核聚变实验反应堆的技术难点。

我国著名物理学家王淦昌院士1964年就提出了激光核聚变的初步理论，从而使我国在这一领域的科研工作走在当时世界各国的前列。1974年，我国采用一路激光驱动聚氘乙烯靶发生核反应，并观察到氘氘反应产生的中子。此外，著名理论物理学家于敏院士在20世纪70年代中期就提出了激光通过入射口、打进重金属外壳包围的空腔、以 X光辐射驱动方式实现激光核聚变的概念。1986年，我国激光核聚变实验装置“神光”研制成功，聂荣臻元帅还专门写信祝贺。