“快点火”方案

●“快点火”方案

不管是销蚀靶还是黑洞靶，都是通过激光（销蚀靶）或激光产生的x光等其他辐射（黑洞靶）对氘氚靶丸的均匀向心压缩、加热而产生的中心热斑来实现点火。能不能有其他更有力的设计呢？

有人提出了“快点火”的技术方案，即在聚变燃料被均匀压缩到最大密度时，将一束超短脉冲（脉冲时间约10-11秒）强激光（光强＞每平方厘米1020瓦）聚焦在靶丸表面，在靶丸与等离子体的界面上“打洞”，并将界面压向靶芯的高密核。在这个过程中产生的大量的百万电子伏能量级的超热电子，穿透界面射入高密核，使离子温度迅速升温至5～10千电子伏的高温，实现了快速点火。“快点火”聚变可以分这样几个过程：

快点火示意图

第一步，用纳秒（10-9秒）级长脉冲激光束对充满氘、氚气体的靶丸进行高度对称的压缩，压缩后的靶丸中心的氘、氚气体的密度将达到其固体密度的1000倍以上（＞每立方厘米300克）；第二步，用一束脉冲宽度约为100皮秒（10-12秒）、聚焦光强为每平方厘米1018瓦的激光辐照压缩后的高密靶丸，这束聚焦的激光会将靶丸的界面进一步压向中心，在高密靶丸上打出一个“洞”来。紧接着，第三步，用一束脉宽为10皮秒左右、聚焦光强为每平方厘米1020瓦的激光对靶芯部分进行快速点火，点火的激光束与靶芯的大密度梯度的高密等离子体相互作用，产生大量能量为百万电子伏量级的超热电子，超热电子流穿入高度压缩的靶丸并淀积在靶芯处的燃料中，靶芯附近燃料的局部温度迅速上升到点火温度，从而实现靶丸的“快点火”。这三步骤在图中用（a）、（b）、（c）示意。

实际上，正如图（b）所示，“快点火”方案中的第二步中所用的100皮秒的激光脉冲与第三步中用的10皮秒激光脉冲，在实验中是一个整形后的激光脉冲。这个激光脉冲由一个100皮秒的前沿和一个10皮秒的尖峰组成，使用这种整形后的激光脉冲可以大幅度地降低实验难度。

由于“快点火”惯性约束聚变将压缩和点火这两个过程分开进行，因此可以大幅度降低对爆炸对称性和驱动能量的要求。在“快点火”方案中，初始压缩期仅要求达到高密度，并不要求高温度，所以对长脉冲压缩激光的“光滑化”要求大幅度地降低了。超短脉冲强激光与压缩后的高密等离子体相互作用，可以使激光能量高效地转换给百万电子伏量级的超热电子，并进而高效地加热靶芯，实现点火，所以可以大幅度地降低对驱动能量的要求。目前的理论计算表明，“快点火”方案仅需要10万焦耳的激光能量就可以实现高增益的核聚变，比传统的中心点火方案对激光能量的需求低10倍。

当然，“快点火”方案目前还有许多物理问题和技术问题有待探讨和解决，但这是很值得研究的方向，我国的激光核聚变高技术发展计划也对“快点火”方案给予了很高的重视，有关研究项目已经启动。