英、法、西班牙、捷克、意大利、希腊等国的科学家和政治家们于2008年10月6日在伦敦的科学博物馆聚会,标志着一项为期3年的所渭“欧洲高功率激光能量研究装置”(HiPER)计划预备阶段的开始,该计划将耗资10亿欧元。
HiPER的目的是演示激光驱动聚变能够在未来为世界提供能量.其理念是将一系列极强的激光束打到一个装有氘—氚燃料的小容器上,对容器的外表面加热,使它向外膨胀,根据牛顿第三定律,引起小容器的中心发生内爆.另一束超高功率的激光将这个高密度的核芯加热到一亿K左右.这样就使氘核与氚核获得足够高的能量来克服彼此之间的排斥力而发生聚变,并以中子的形式释放出多余的能量,用来发电。
目前正在法国南部建造的造价超过100亿欧元的1TER(国际热核实验反应堆),所采取的方案是利用磁场使燃料每次在低密度下保持几分钟.尽管ITER造价很高,但是谁也不能肯定它能产生足够大的能量增益,或者至少能经济地做到这一点.因此,物理学家们认为有必要研究“惯性约束”聚变,利用激光或离子束将燃料在极高的压力下保持非常短的时间。
正是惯性聚变在氢弹中产生聚变反应.氢弹利用裂变爆炸快速地压缩—个氘—氚混合物,利用在混合物中产生的冲击波将它加热到点火温度。这种“中心点火”过程,在美国Livermore实验室的IO亿美元的军用设施——国家点火装置(N1F)及法国Mega joule实验室(那里只用一束激光来压缩和加热燃料),正在以可控的方式再现。而HiPER将使用另外一束激光脉冲在爆炸的10-11s内对燃料加热,即所谓的“快速点火”。
快速点火比中心点火更为有效,在中心点火的情况下,为了产生冲击波需要将燃料压缩到极高的密度,这就要求每单位质量燃料上的激光强度非常高,由于快速点火只需要燃料达到中等的密度,从原理上讲,对于给定的输入能量,可以用于点燃更多的燃料,使输出的能量更多,因而效率也更高.事实上,快速点火的支持者们估计快速点火的效率要比中心点火高约2~3倍。
2001年,日本大阪大学和英国的科学家使用压缩激光和加热激光从燃料球产生聚变中子,但是为了证明这种技术可以用做能源,物理学家还须证明它能引起点火。
利用将安装在大阪的高能量激光系统或可能在美国罗彻斯特大学及法国原子能委员会建造的类似装置,有可能实现点火。如果美国的装置改建后能够进行快速点火实验,那么更可能的是在能量高得多的NIF上实现。
实现快速点火要求更好地理解能量是如何由加热脉冲传送到燃料的,是通过相对论性电子还是通过质子。
所设计的HiPER是用来演示快速点火,一旦在原理上得到证明,就可以用作能源.这意味着要证明聚变过程可以高频率地重复。惯性约束是一种脉冲技术,类似于汽车引擎的化学爆发的循环重复,激光系统HiPER每2~4小时点火一次,而商用发电站为了提供20亿瓦的电力,需要每秒点火5次.HiPER为达到这样的频率,将试用全自动化的过程。
为期3年的HiPER已经得到1300万欧元的经费和5千万欧元的以工作贷款,约2~3年后,为了建造设备的原型还需I亿欧元,再过几年,为建成实际装置再需投入10亿欧元的经费,建成后,20年的设备运行费也需约10亿欧元,如果一切顺利的话,十年后设备将可以开始运行.聚变的倡导者认为,2050年将出现商用聚变能装置。