激光核聚變原理

激光聚變是一個非常高功率激光器使用光學融合東西。

為了取出能量在核聚變反應中，加熱燃料等離子體高溫，并且不得小于一定值的密度和時間的乘積，以使足夠的反應，勞森條件必須滿足有。磁約束聚變旨在長時間保持低密度等離子體（1秒或更長時間），而燃料等離子體被壓縮并加熱到比固體密度高的密度，從而導致等離子體散射。過去一直在進行慣性聚變的研究，其目的是在等離子體保持其自身慣性的同時產生聚變反應并提取能量。激光聚變是慣性聚變的一種方法，它使用高功率激光來壓縮和加熱燃料。

除此之外，近年來已經開發(fā)出了基于全新原理的激光融合技術，該技術利用了由激光和等離子體產生的質子束。

激光核聚變中的靶丸是球對稱的。球的中心區(qū)域（半徑約為3毫米）充有低密度（≤1克/厘米3）的氘、氚氣體。球殼由燒蝕層和燃料層組成：燒蝕層的厚度為200—300微米，材料是二氧化硅等低Z（原子序數(shù)）材料；燃料層的厚度約300微米，材料是液態(tài)氘、氚，其質量約5毫克。有的靶丸的中心區(qū)域是真空，球殼由含有氘、氚元素的塑料組成。有的靶丸則用固體氘、氚燃料，球殼由玻璃組成。

當激光對稱照射在靶丸表面上時，燒蝕層表面材料便蒸發(fā)和電離，在靶丸周圍形成等離子體。激光束的部分能量在臨界密度層處（該處的等離子體頻率與入射的激光頻率相等）被反射掉，另一部分能量則被等離子體吸收并加熱等離子體。等離子體的熱量通過熱傳導穿過臨界密度層向燒蝕層內傳遞，燒蝕層材料蒸發(fā)并向四周飛散產生反作用力（類似火箭推進原理），將靶丸球殼向靶心壓縮（爆聚）產生傳播的球形激波，使靶丸內氘、氚燃料的密度和溫度增加，這種效應稱為向心爆聚。如果激光脈沖的波形選得合適，則向心傳播的球形激波可會聚到靶丸球心區(qū)域，使球心區(qū)域一部分氘、氚燃料優(yōu)先加熱，形成熱斑。當熱斑中的溫度高到足以產生聚變反應時，則釋放出的聚變能量就可驅動通過靶丸徑向向外傳播的超聲熱核爆炸波，并在靶丸物質移動之前就能將燃料層的聚變燃料加熱并產生聚變反應，最后將燒蝕層毀掉。因此，激光束的能量僅用于產生向心爆聚和加熱靶心的熱斑燃料上，不需將整個靶丸均勻加熱到熱核聚變溫度，從而降低了對激光器功率的要求。