激光加热纳米线实现微型核聚变反应学术资讯

▲美国科罗拉多州立大学微型核聚变实验中运用的目标室（前）和超高强度激光（后）

核聚变是一种能给太阳提供能量来源的物理过程，即两个原子核相聚、碰撞、结合成一个质量更大的新原子核，同时释放出中子和大量能量的过程。据《自然-通讯》杂志3月14日刊登的一篇论文称，美国科罗拉多州立大学的科学家们通过用一束功率强大的小型激光对一组排列有序的纳米线阵列进行加热，从而在实验室中成功实现了微型核聚变反应。并且，他们还破纪录地让中子的生成数量达到了迄今为止的最高水平。

该研究实现的小规模而高效地制造核聚变中子或可为中子成像技术带来进一步的提升空间，以及制造出更优良的中子探测器，来帮助我们深入了解各种物质材料的结构和性能。此外，该研究结果还有助于我们理解超强激光与物质之间的相互作用。

以激光驱动的可控核聚变实验通常是在大型建筑物内安装的价值数亿美元的激光器上进行的，而且这类实验往往是为了研发核聚变在清洁能源方面的应用而设计的。相比之下，该大学电气工程、计算机工程和物理学的杰出教授乔治·罗卡（Jorge Rocca）领导的研究团队使用的是一种由他们自己设计制造的超快、高性能的桌面激光器。他们用该快速的脉冲激光照射目标物——肉眼不可见纳米线，随即便生成了超高温、高密度的等离子体，此时实验内部环境已与太阳内部的条件相接近。最后，这些等离子体驱动触发了核聚变反应，释放出氦原子和闪烁的高能中子。

在该论文描述的实验中，研究小组创造出了每单位的激光能量迄今为止所能产生的最多中子数，比使用相同材料的常规平靶实验要高出五百倍。他们使用的激光靶是由一种由氘化聚乙烯材料制成的纳米线阵列。此外，该实验结果的取得还依赖于德国杜塞尔多夫大学和科罗拉多州立大学的高强度计算机模拟运算的辅助。

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编译：朱明逸审稿：alone 编辑：张梦

来源：https://phys.org/news/2018-03-laser-heated-nanowires-micro-scale-nuclear-fusion.html