激光核聚变原理

激光核聚变原理

激光聚变是一个非常高功率激光器使用光学融合东西。

为了取出能量在核聚变反应中，加热燃料等离子体高温，并且不得小于一定值的密度和时间的乘积，以使足够的反应，劳森条件必须满足有。磁约束聚变旨在长时间保持低密度等离子体（1秒或更长时间），而燃料等离子体被压缩并加热到比固体密度高的密度，从而导致等离子体散射。过去一直在进行惯性聚变的研究，其目的是在等离子体保持其自身惯性的同时产生聚变反应并提取能量。激光聚变是惯性聚变的一种方法，它使用高功率激光来压缩和加热燃料。

除此之外，近年来已经开发出了基于全新原理的激光融合技术，该技术利用了由激光和等离子体产生的质子束。

激光核聚变中的靶丸是球对称的。球的中心区域（半径约为3毫米）充有低密度（≤1克/厘米3）的氘、氚气体。球壳由烧蚀层和燃料层组成：烧蚀层的厚度为200—300微米，材料是二氧化硅等低Z（原子序数）材料；燃料层的厚度约300微米，材料是液态氘、氚，其质量约5毫克。有的靶丸的中心区域是真空，球壳由含有氘、氚元素的塑料组成。有的靶丸则用固体氘、氚燃料，球壳由玻璃组成。

当激光对称照射在靶丸表面上时，烧蚀层表面材料便蒸发和电离，在靶丸周围形成等离子体。激光束的部分能量在临界密度层处（该处的等离子体频率与入射的激光频率相等）被反射掉，另一部分能量则被等离子体吸收并加热等离子体。等离子体的热量通过热传导穿过临界密度层向烧蚀层内传递，烧蚀层材料蒸发并向四周飞散产生反作用力（类似火箭推进原理），将靶丸球壳向靶心压缩（爆聚）产生传播的球形激波，使靶丸内氘、氚燃料的密度和温度增加，这种效应称为向心爆聚。如果激光脉冲的波形选得合适，则向心传播的球形激波可会聚到靶丸球心区域，使球心区域一部分氘、氚燃料优先加热，形成热斑。当热斑中的温度高到足以产生聚变反应时，则释放出的聚变能量就可驱动通过靶丸径向向外传播的超声热核爆炸波，并在靶丸物质移动之前就能将燃料层的聚变燃料加热并产生聚变反应，最后将烧蚀层毁掉。因此，激光束的能量仅用于产生向心爆聚和加热靶心的热斑燃料上，不需将整个靶丸均匀加热到热核聚变温度，从而降低了对激光器功率的要求。