在一年一度的AAAS大會(美國科學(xué)促進(jìn)會)上,四名科學(xué)家將與我們討論NIF將來可能用作的基本科學(xué)用途,同時會假設(shè)如果NIF完全屬于他們所有,會被用來做些什么。
問:NIF是設(shè)計用來干什么的?
Johan Frenje(麻省理工學(xué)院劍橋分院):NIF有3個足球場大小,有192根激光束。用這些全世界功率最強(qiáng)大的激光束照射在氘氚小丸上,讓密度大大增加,我們希望整個過程產(chǎn)生極高高溫和壓力,進(jìn)而引發(fā)核聚變。當(dāng)達(dá)到這些條件時,我們就能夠點火,產(chǎn)生的能量將超過點火輸入的能量。目前我們已經(jīng)取得重大進(jìn)展,但是離點火成功還有很長的路要走。
Ani Aprahamian(圣母大學(xué)印第安納分校):通過點火我們將獲得類似太陽的能量源泉,可以產(chǎn)生無窮無盡的能量。但是要做到這點,技術(shù)上還有很多難題要攻克。
問:除了熱核反應(yīng)研究,NIF還能用于哪些科學(xué)研究?
A.A.:NIF的研究真正的意義在于理解物質(zhì)。
我們覺得自己非常了解等離子體和核物質(zhì),實際上我們還沒有真正理解。NIF可以用于開拓新知識。
J.F.:對我來說,要克服的最大問題是理解非常高溫高壓下的等離子體。這些是科學(xué)家還沒有搞明白的領(lǐng)域,所以我們要做的還很多。
Narek Gharibyan(加利福尼亞勞倫斯利福摩爾國家實驗室):NIF是一臺很棒的中子發(fā)生裝置,利用NIF我們可以進(jìn)行底層的科學(xué)測量,尤其是觀測同質(zhì)異能態(tài),這是一種原子核捕獲能量從基態(tài)跳躍至激發(fā)態(tài)的狀態(tài)。這些狀態(tài)不是穩(wěn)定態(tài),所以要觀察處在激發(fā)態(tài)的原子核是非常困難的。但是NIF會產(chǎn)生大量中子,發(fā)射激光時不斷有原子核處于激發(fā)態(tài),可以在同一時間測量到。一些模型預(yù)測了這些測量的結(jié)果,但是理論終究需要實驗來驗證,人們才能確定知識的正確性。
René Reifarth(德國歌德大學(xué),法蘭克福):在地球上以正常溫度觀測,大概是300開爾文,也即30攝氏度。在NIF激光發(fā)射時,熱量達(dá)到1.5億開爾文,比任何一顆恒星內(nèi)部的溫度都要更高。這是地球上其他地方都無法達(dá)到的溫度,即便在NIF,這個溫度也只能維持很短時間。如果將物質(zhì)至于極端條件下,要回答的問題將更多。
問:NIF發(fā)射激光時和一顆恒星內(nèi)部的狀態(tài)有多接近?
R.R:這取決于不同的恒星,也取決于不同的激光。NIF可以制造出非常接近恒星溫度的條件,當(dāng)然了,恒星內(nèi)部的溫度要高得多,高溫和高壓的持續(xù)時間也更長。NIF確實可以創(chuàng)造這種條件,但僅限于短時間。如果我們能夠解釋小丸內(nèi)部的現(xiàn)象,我們有可能可以解釋恒星內(nèi)部的現(xiàn)象。NIF是檢驗當(dāng)今科學(xué)對核融合的理解,對爆炸的理解和對所有事情的理解。
問:如果NIF讓你們用一星期,你會拿來做什么實驗?
R.R:我會在小丸上涂上重元素看看會發(fā)生什么。
N.G.:我們總在談?wù)撘占趦?nèi)爆過程中所有從小丸中發(fā)射出來的物質(zhì),這樣才能研究等離子體形成和冷卻過程中發(fā)生的現(xiàn)象,但是我們無法得知碎片是原子化還是成塊。如果NIF是我的,我會做很多有趣的實驗。
J.F.:我會觀測帶電粒子傳輸過程,或者說能量和例子在等離子體中是如何傳輸?shù)摹_@是個很難的問題,我們還沒有充分理解。目前對于這種現(xiàn)象有很多理論解釋,但是關(guān)于過程的實驗數(shù)據(jù)還沒有。為了研究這種現(xiàn)象,人們已經(jīng)付出了30年的努力,但是研究相當(dāng)困難。我相信NIF可以觀測到高質(zhì)量的觀測結(jié)果。
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