美国海军正开发氟化氩激光器，将带来可大规模商用的核聚变能源

据New Atlas报道，美国海军研究实验室（NRL）正在开发一种氟化氩(ArF)激光器，该激光器未来将有望使核聚变动力成为一种实用的商业技术。

这种突破的价值，最先可能会体现在能源利用方面。NRL的研究物理学家史蒂夫·奥本施恩（Steve Obenschain）博士表示，核聚变将是清洁能源的一个有价值的补充，因为它可以在没有阳光和风的情况下提供基载电力。

据悉，早在去年秋天，NRL的科学家们就与美国能源部合作，在《皇家学会哲学学报》上（PTRS）发表了他们的氟化氩(ArF)激光聚变研究成果。

ArF是实现能源生产所需的高增益惯性聚变内爆的一项有前途的技术。过去75年，ArF激光聚变的目标是产生超过1亿℃(1.8亿℉)的温度，以及点燃聚变反应所需的压力，并产生足够的剩余能量维持聚变反应。这本身将是一项重大成就，但该技术还必须能够无限期地维持反应，同时还必须足够便宜、反应堆足够小，以使其切实可行。

而在聚变获得的能量远远大于驱动激光所需的能量时，就可以将其作为电源。NRL模拟表明，ArF的深紫外光可以在比以前认为可行的低得多的激光能量下实现高增益。

“ArF激光器可以使更小、更低成本的核聚变发电厂的开发和建设成为可能，”Obenschain博士称，“这将加快这种有吸引力的能源的部署，有足够的燃料原料随时可用，可以持续数千年。”

NRL取得的这一成果尤其重要，因为劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置(NIF) 8月8日宣布，它已经进行了激光聚变实验，产生的聚变能量几乎与用于驱动内爆的激光束相同。NIF的结果产生了1.3百万焦耳的聚变能量，相当于一磅烈性炸药，从而证明了激光聚变的基本科学和技术可行性。

NRL的ArF激光器打算用于基于惯性约束聚变(ICF)原理的测试设施。在这种情况下，一颗氘或氚珠(氢的重同位素)被多束激光照射，在瞬间加热和压缩，使氢原子内爆，融合在一起，并释放出巨大的能量。

这种新型的深紫外线激光器，也被称为激光驱动器，据称能以更高的效率将能量转移到燃料珠上，并产生更高的温度来产生内爆。NRL的科学家们说，利用辐射流体动力学模拟，性能可以提高100倍，效率为16%，相比之下，效率仅次于氟化氪的激光只能提高12%。

由于这些改进，ArF激光可能会让未来的核聚变发电厂更小、更便宜。然而，该团队强调，在核聚变与国家电网连接之前，还有很长的路要走——激光将需要提供所需的能量、重复率、精度，和高水平的可靠性。

美国能源部高级研究计划局-能源(ARPA-E)的突破，使热核聚变能(BETHE)计划支持了ArF激光器用于聚变能的这种潜力。该计划支持发展及时的、商业上可行的核聚变能源。

为了实现这一目标，该实验室正在进行一个三期计划，其中第一阶段将完成目前在NRL进行的ArF的基础科学和技术。接下来是第二阶段，将集中建造和测试一个全尺寸高能ArF激光器。然后是第三阶段，将建造一个由20-30个激光器组成的内爆设施，并用于演示国防和能源应用所需的高能增益(＞100)。

美国国家物理实验室的研究物理学家Steve Obenschain博士称，这些优势有助于开发规模适中、成本较低的激光能量小于1兆焦耳的聚变发电厂模块。这将彻底扭转以往激光聚变能量太昂贵、发电厂太占面积等情况。

NRL还将进行实验，以推进激光聚变的物理基础和计算机模拟。这样一来就可以确定最佳配置，以获得ArF激光器的高增益内爆。