激光网3月3日消息，罗切斯特大学激光能量学实验室的研究人员领导了实验，展示了一种高效的“火花塞”，用于惯性约束聚变的直接驱动方法。在《自然物理学》杂志上发表的两项研究中，该团队分享了他们的发现，并详细介绍了扩大这些方法的潜力，旨在在未来的设施中成功核聚变。
LLE是美国能源部最大的大学项目，拥有OMEGA激光系统，这是世界上最大的学术激光器，但其能量仍几乎是加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火设施的百分之一。通过欧米茄，罗切斯特的科学家们成功地尝试了几次向装满氘和氚燃料的小胶囊发射28千焦耳的激光能量，导致胶囊内爆并产生足够热的等离子体，以引发燃料核之间的聚变反应。这些实验引起了聚变反应，产生的能量超过了中心热等离子体中的能量。
OMEGA实验使用胶囊的直接激光照明，与NIF上使用的间接驱动方法不同。当使用间接驱动方法时，激光被转换为X射线，进而驱动胶囊内爆。NIF使用间接驱动器，使用约2000千焦耳的激光能量用X射线照射胶囊。这导致 NIF 在 2022 年实现了聚变点火方面的突破——这是一种从目标产生净能量增益的聚变反应。
“产生比核聚变发生地的内部能量含量更多的聚变能量是一个重要的门槛，”第一篇论文的主要作者Connor Williams '23博士说，他现在是桑迪亚国家实验室的辐射和ICF目标设计科学家。“这是你以后想要完成的任何事情的必要要求，比如燃烧等离子体或实现点火。
通过证明他们可以仅用 28 千焦耳的激光能量实现这种水平的内爆性能，罗切斯特团队对将直接驱动方法应用于具有更多能量的激光器的前景感到兴奋。展示火花塞是重要的一步，然而，欧米茄太小，无法压缩足够的燃料来点火。
“如果你最终可以制造火花塞并压缩燃料，那么与间接驱动相比，直接驱动具有许多有利于聚变能的特性，”Varchas Gopalaswamy '21博士说，他是LLE科学家，他领导了第二项研究，该研究探讨了在兆焦耳级激光器上使用直接驱动方法的影响，类似于NIF的大小。“在将OMEGA结果放大到几兆焦耳的激光能量后，预计聚变反应将变得自我维持，这种情况称为'燃烧等离子体'。
Gopalaswamy说，直接驱动ICF是在激光聚变中实现热核点火和净能量的一种有前途的方法。
“促成这些最新实验成功的一个主要因素是开发了一种基于统计预测并由机器学习算法验证的新型内爆设计方法，”LE的首席科学家兼机械工程系和物理与天文学系的Robert L. McCrory教授Riccardo Betti说。“这些预测模型使我们能够在进行有价值的实验之前缩小有前途的候选设计库。
