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大阪大学激光研的“激光Ⅻ号”:以12束激光压缩核燃料,准备核聚变

2026年04月28日 能源环境
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“激光Ⅻ号”靶室,向内部燃料照射球对称配置的12束激光(供图:大阪大学激光科学研究所)

在一个半径1米的球形不锈钢真空容器中装填约1毫米长的核聚变燃料,并从正十二面体各面的垂直方向照射12束激光,对燃料进行均匀压缩,提升密度,为聚变反应做前期准备。然后,再用另外准备好的激光束瞬间照射,实现高速加热,高效触发核聚变的点火反应。这就是大阪大学激光科学研究所(阪大激光研)研制的激光核聚变装置“激光XII号”。

核聚变是太阳进行着的反应。作为燃料的氘(deuterium)与氚(tritium)在高温高压下发生聚合时,会生成含两个质子的氦核与中子,反应前后的质量差将转化为巨大的能量。

激光核聚变是一种瞬时提升燃料密度的方法。它与正在法国建设实验堆的超大型国际项目“ITER(国际热核聚变实验堆)”以及位于岐阜县土岐市的核融合科学研究所大型螺旋装置所通过长时间将燃料转化为可发生核聚变反应的等离子体状态,再直接用磁场进行约束的方式并称为核聚变的双壁。

大阪大学激光科学研究所的儿玉了祐所长(等离子体科学专业)介绍道,在直接向燃料照射激光实现压缩、在压缩达到极限时实施中心点火的激光核聚变中,必须向燃料周围全方位、均匀地照射激光。为实现均匀照射,激光研究所还先后研制了2束激光的“激光Ⅱ号”(1974年)、4束激光的“激光Ⅳ号”(1977年),不断增加了激光束数量,最终发展成如今的“激光Ⅻ号”。但是,该装置的性能远不及美国拥有的60束激光的装置,而且即便是60束激光,也会出现照射不均,导致反应难以顺利进行。

转机出现在2001年。儿玉所长发现,燃料压缩与点火分两步走就能让核聚变反应更易引发。他表示:“如果用身边的事物打比方的话,就像汽油发动机——将空气与燃料压缩后,用火花塞引发爆炸并驱动活塞运动。”研究团队未来的目标是将一座学校体育馆规模的核聚变反应堆部署在数据中心旁边。

日文:JST Science Portal 编辑部
中文:JST客观日本编辑部

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