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NRL制造的氩氟化物激光器取得突破 创造了新的能源记录

激光器 NRL 核聚变
发布:2020-09-21 11:39:27    

美国海军研究实验室的研究团队在3月5日使用氟化氩激光创造了新的能源记录。这种能量是先前记录的两倍。与任何其他激光技术相比,它提供的激光束能够施加更大的力来使激光聚变目标内爆,这是核聚变反应所需的力量。

(左)Electra电子束泵浦放大器的照片。(右)Electra二极管的垂直尺寸从30 cm减小到10 cm,从而为氟化氩激光器(ArF)的运行提供了更高的泵浦强度。该图像显示了时间分辨的测量结果,该测量结果是由尺寸减小的电子束沿激光轴与激光气体相互作用所产生的发射光。 2020年6月1日在华盛顿特区的美国海军研究实验室氟化氩(ArF)激光器正在等待使用新型较厚的不锈钢箔进行测试。研究人员为ArF激光器配备了新的箔片,以期增加激光器的输出。ArF激光器是世界上最大的激光器,用于研究开发以193纳米泵浦的高效电子束的物理学。(美国海军,乔纳森·斯特芬摄)



 

美国海军研究实验室研究化学家Matthew Wolford在2020年6月1日在华盛顿特区检查了用新型较厚不锈钢箔测试的氟化氩(ArF)激光器。新型薄膜,希望增加激光输出。ArF激光器是研究193纳米高效电子束泵浦ArF激光器的物理方法的世界上最大的激光器。(美国海军,乔纳森·斯特芬摄)

由美国海军研究实验室开发的创纪录的氟化氩激光对撞击过程产生氘-弹丸的计算机模拟成功地实现了这一目标。图形的上半部分显示了颗粒尺寸的减小,下半部分显示了温度的升高(红色等于较高的温度)。

该研究小组通过计算机模拟对这种小颗粒进行了测试,该小颗粒的大小相当于由氘和tri制成的豌豆大小。氘和tri是氢的同位素,在原子核中具有其他中子。将化学元素冷冻在一起,形成空心颗粒的内表皮。

NRL的物理学家安德鲁·施密特说:“如果密度和温度足够高,它就会点燃核聚变反应并产生更多的能量,是激光所能完成的所有工作的100倍。”

他们的NRL团队希望将科学和技术发展到更高的能量规模(介于500,000至百万焦耳之间),以驱动更高性能的聚爆内爆。

为了生产更高能量的激光器,将需要专门设计用于氟化氩的设备。

NRL研究人员已经在他们的氟化氩实验中利用了他们为氟化rypto开发的激光融合技术。他们希望专门为氟化氩设计的新激光设备将进一步证明这种气体的可行性,以此作为当前激光聚变方法的经济有效替代方案。

研究化学家马修·沃尔福德(Matthew Wolford)对准分子激光技术的研究已超过18年。准分子激光器通常包含稀有气体(例如k或氩气)和卤素气体(例如氟)的混合物。气体混合物被强大的电子束照射,并因此发出深紫外线束。

沃尔福德说:“我们还没有建立实现激光聚变所需能量的氟化氩设施。” “我们从NRL Electra设施中抽出200焦耳。我们需要大约半兆焦耳的量来压缩足以发生聚变的氢。我们必须提高三个数量级。我们想建立一个小型设施并展示我们可以做目标物理学。”

200焦耳的能量输出足以为20瓦的LED灯供电10秒钟。半兆焦的能量足以为LED供电14个小时。

沃尔福德说:“由于更高的氟化氩激光效率,我们期望以更低的成本,更小的尺寸和更低的电力需求来建造激光聚变设备。” “它将提供比如今的化石燃料等技术更清洁的能源。它是未来的能源。”

NRL激光等离子部门的负责人,物理学家史蒂夫·奥本斯链(Steve Obenschain)表示,氟化氩激光是最短波长的激光,具有理论上的能力,能够提供驱动激光聚变内爆所需的高能量,以产生比入射激光束更多的能量。

激光熔化涉及许多激光束,以均匀地照亮大功率中空球形目标,从而导致爆炸,其爆炸速度是喷气客机的1000倍以上。

如果以足够的精度完成,目标内的氘和tri燃料将被点燃,并且通过热核燃烧产生的能量远远超过使团弹爆炸所需的能量。”

如果成功的话,激光聚变可作为防御测试的试验台,并将成为未来的诱人动力。短波长和其他属性使氟化氩激光器成为获得高性能聚变内爆的理想激光器。但是,由于其极短的波长和其他技术挑战,高能量的氟化氩激光激光器被认为很难制造。

Obenschain说:“ NRL已经是类似但更长波长的氟化rypto激光技术的世界领导者。” “研究小组决定探索将氟化氩激光器用作聚变驱动器的可行性。与此同时,大规模的计算机模拟研究了利用氟化氩激光器进行聚变内爆的优势。到目前为止,结果表明,氟化氩激光器可能会改变游戏规则。高性能激光融合的驱动器。”

关于美国海军研究实验室

NRL是科学和工程指挥部,致力于研究,以推动美国海军和海军陆战队从海底到太空以及在信息领域的创新进步。NRL位于华盛顿特区,主要场址位于密西西比州的斯坦尼斯太空中心;佛罗里达基韦斯特;加利福尼亚州蒙特雷市,约有2500名员工。

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