激光约束核聚变 李 莉 2010年9月16日 2010.09.15.

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1 激光约束核聚变 李 莉 2010年9月16日

2 一、背景知识 二、原子能 三、激光约束核聚变

3 一 背景知识

4 当今世界能源是文明的基础，各国经济的发展与能源密切相关，能源与人们的日常生活密切相关，当前的地区冲突与矛盾往往与能源有关。

5 石油被称为工业血液，作为重要战略资源其分布极度不平衡。且作为矿物燃料其具有不可再生的特点。
中国成为第二号石油进口国，石油依赖进口成为不可回避话题。中国经济参与国际分工与竞争不可逆转，由此引出的中国石油安全问题，应该引起我们足够的重视。

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7 1935年，意大利入侵埃塞俄比亚，国联没有把石油等战略物资列入禁运的范围
石油对国际关系的影响 1935年，意大利入侵埃塞俄比亚，国联没有把石油等战略物资列入禁运的范围 1940年，日本向东南亚扩张，英美等国对日本实行禁运，包括石油等战略物资，日本为夺取战略资源，发动太平洋战争 西亚海湾地区的部分国家由于石油资源丰富，成为帝国主义争夺和控制的焦点，长期以来一直受西方大国控制。

8 2、第一次工业革命发明了以煤为燃料的蒸汽机，煤的开采迅速发展
煤炭 1、西汉开始用煤炭作燃料 2、第一次工业革命发明了以煤为燃料的蒸汽机，煤的开采迅速发展 概 况 3、魏源的《海国图志》介绍了西方的蒸汽机，洋务运动引进了先进的蒸汽机器。 4、改革开放后，中国的煤产量世界第一

9 特点：能量高，运用广泛；但资源有限，污染严重
作用：在古代提高了手工业生产的效率，方便人民的 生活。在近代使社会生产由手工操作发展到机 器生产。也促进了交通和军事的近代化。同时 造成了环境污染。

10 1958年兖州煤田唐村煤矿建矿初期，男职工推磨车提煤

11 1988年兖州煤田唐村煤矿员工在全国掘进上岗竞赛中

12 2009年8月12日，安全员在兖矿集团济三煤矿进行井下巡查

13 2009年8月12日，在兖矿集团济三煤矿调度指挥控制中心里， 工作人员查看井下各个流程的工作情况
  2009年8月12日，在兖矿集团济三煤矿调度指挥控制中心里， 工作人员查看井下各个流程的工作情况

14 2009年8月12日，采煤机在兖矿集团济三煤矿井下作业

15 中国煤矿已经成为世界上最危险的煤矿， 平均每年造成至少5000人死亡。 中国煤炭产量约占全球的33%， 而煤矿事故死亡人数约占79%。

16 电灯、电车、电动工具相继问世。并引发了电报、电话等发明，带动了 电子工业的发展。
电力 条件：科学理论的重大突破 ——法拉第的电磁感应现象 19世纪七十年代，出现了一系列电气发明 概 况 1866年，德国人 西门子制成发电机 电灯、电车、电动工具相继问世。并引发了电报、电话等发明，带动了 电子工业的发展。

17 特点：动力可以随意调节、转化，使用方便；传输快捷，不受时间、地点限制，污染少，电力的来源广，可以有水电、火电、核电等。
影响：使人类社会进入“电气时代”

18 原子能 条件：爱因斯坦的相对论 美国的曼哈顿计划 1954年苏联建成第一座核电站 1958年，中国第一座原子能反应堆
概 况 1958年，中国第一座原子能反应堆 60年代中国第一颗原子弹、氢弹 1993年，大亚湾核电站

19 影响：核能的开发和利用，是人类能源的一场革命。 极大的提高了社会生产力，推动社会进步。但 核能用于军事，给人类带来了毁灭性的威胁，
特点：能量巨大，效率高，技术要求高。 有辐射和巨大破坏性 影响：核能的开发和利用，是人类能源的一场革命。 极大的提高了社会生产力，推动社会进步。但 核能用于军事，给人类带来了毁灭性的威胁， 成为当代国际关系的重大问题。

20 美国陆军部于1942年6月开始实施 的利用核裂变反应来研制原子弹的 计划 罗斯福总统赋予这一计划以 “高于一切行动的特别优先权” 终极目标是
Manhattan Project 美国陆军部于1942年6月开始实施 的利用核裂变反应来研制原子弹的 计划 罗斯福总统赋予这一计划以 “高于一切行动的特别优先权” 终极目标是 赶在战争以前造出原子弹 曼哈顿计划

21 8月6日和9日，美国分别在日本的广岛和长崎投下了 原子弹。
1945年7月15日凌晨5点30分，世界上第一颗原子弹 试验成功。 8月6日和9日，美国分别在日本的广岛和长崎投下了 原子弹。 日本天皇于14日宣布无条件投降，第二次世界大战 结束了 “瘦子” “胖子” “小男孩”

22 爱因斯坦自认为犯下一生最大错误 1939年8月2日，流亡美国的 德国物理学家爱因斯坦向罗 斯福总统建议，应抢在纳粹 之前研制出原子弹。
人类下一次战争若使用核武器， 再下一次战争就只能使用木棒了

23 1958年8月，周恩来和陈毅、贺龙陪同外宾参观中国科学院原子能研究所

24 周恩来与钱三强

25 接见科学家钱学森

26 1、1945年，美国在日本的广岛和长崎投下原子弹，造成巨大伤害。
核能对国际关系的影响 1、1945年，美国在日本的广岛和长崎投下原子弹，造成巨大伤害。 2、两极格局下，美苏展开核军备竞赛，严重威胁世界和平和安全。 3、1983年，美国实施“星球大战”计划 4、美国退出“反导条约” 5、朝鲜退出“核不扩散条约” 6、印、巴核试验

27 二 原子能

28 原子能 原子能又称“核能”。原子核发生变化时释放的能量。 重核裂变 轻核聚变 质子 中子 原子核 电子 原子

29 一个铀-235原子有92个电子，其原子核由92个质子和 143个中子组成。50万个原子排列起来相当一根头发的直径。
如果把原子比作一个巨大的宫殿，其原子核的大小只是一颗 黄豆,而电子相当于一根大头针的针尖。 一座100万千瓦的火电厂，每年要烧掉约330万吨煤，要用许 多列火车来运输。而同样容量的核电站一年只用30吨燃料。

30 在50多年前，科学家发现铀-235原子核在吸收一个 中子以后能分裂，同时放出2—3个中子和大量的能
重核裂变 在50多年前，科学家发现铀-235原子核在吸收一个 中子以后能分裂，同时放出2—3个中子和大量的能 量，放出的能量比化学反应中释放出的能量大得多 原子弹就是利用原子核裂变放出的能量起杀伤破坏 作用， 核电反应堆也是利用这一原理获取能量，所不同的是， 它是可以控制的。

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32 1945年7月16日世界第一颗原子弹 1964年10月16日中国第一颗原子弹

33 核反应堆是核电站的心脏，

34 由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下 （如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用， 生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量
轻核聚变 由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下 （如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用， 生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量 释放的一种核反应形式。 它是取得核能的重要途径之一。

35 D+D→T(1.01 Mev)+P(3.03 Mev) D+D→He3(0.82 Mev)+n(2.45 Mev)
D+T→He4(3.52 Mev)+n(14.06 Mev)

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37 相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等 环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘， 来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。
优点：前景相当诱人。 相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等 环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘， 来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。 不受控制的核聚变： 已实现 如氢弹的爆炸（比原子弹威力更大） 可控制的核聚变： 未实现

38 因为进行核聚变需要的条件非常苛刻： 发生核聚变需要在1亿度的高温下才能进行， 因此又叫热核反应。 目前主要的几种可控核聚变方式：
超声波核聚变 激光约束（惯性约束）核聚变 磁约束核聚变

39 磁约束受控热核聚变 我国新一代热核聚变装置EAST

40 用磁场把氘氚等氢原子核和自由电子组成的，处于 热核反应状态高温等离子体约束在有限的体积内， 使它受控地发生大量原子核聚变。
原理： 用磁场把氘氚等氢原子核和自由电子组成的，处于 热核反应状态高温等离子体约束在有限的体积内， 使它受控地发生大量原子核聚变。

41 三 激光约束核聚变

42 原理：使用强大的脉冲激光束照射氘、氚燃料的微型 靶丸上，在瞬间产生极高的高温和极大的压力，被高
度压缩的稠密等离子体在扩散之前，向外喷射而产生 向内聚心的反冲力，将靶丸物质压缩至高密度和热核 燃烧所需的高温，并维持一定的约束时间，完成全部 核聚变反应，释放出大量的聚变能。

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44 其次，参与反应的粒子密度要足够高并能维持一定 的反应时间，即‘nτ’值要达到1百万亿（秒/厘米3） 以上，这就是著名的劳逊判据。
聚变反应所要求的条件却极为苛刻： 首先要有1亿度左右的高温； 其次，参与反应的粒子密度要足够高并能维持一定 的反应时间，即‘nτ’值要达到1百万亿（秒/厘米3） 以上，这就是著名的劳逊判据。 一些国家的实验室已经在这类激光装置上作了大量 的基础研究工作。美国、法国等已着手建造更大规 模的巨型激光器，期望能够实现激光热核“点火”。

45 “以身许国”的王淦昌（ ）

46 中国工程物理研究所集结了一大批中国物理学界的优秀人才，原子弹、氢弹的爆炸成功，正是他们集体智慧的结晶。
　　清华大学物理系第一届本科生， 1930年到德国留学， 1934年获博士学位， 1950年任中国科学院近代物理研究所 研究员，

47 1956年到前苏联杜布纳联合原子核研究所工作。后在我国二机部工作， 1978年任二机部副部长兼原子能研究所所长，为两弹的制造贡献了力量。
在学术上也建树颇丰。担任中国核学会理事长，中国物理学会副理事长。

48 1959年３月，王淦昌从４万张照片中发现了反西格马超子。 1964年，独立提出用激光进行惯性约束以产生核聚变。

49 ※“死而无憾”的邓稼先（1924-1986） 杨振宁的中学校友， 并和杨振宁同在美国 从事物理的研究。 只有26岁，被人称为 “娃娃博士”。
　杨振宁的中学校友， 并和杨振宁同在美国 从事物理的研究。 只有26岁，被人称为 “娃娃博士”。 　造出中国的争气弹 ——原子弹

50 我国激光器的发展

51 高功率激光和核聚变研究 1964年提出，1965年立项 六十年代初，我国激光聚变研究刚刚起步的时候，
钱学森形像地指出：你们的事业是地球上人造一 个小太阳！ ICF研究中关键设备： 大功率的激光器。

52 “第一台激光器 ” 两弹一星功勋王大珩

53 第一台固体红宝石激光器  1961年9月  王之江等 第一台He-Ne激光器       1963年7月  邓锡铭等 第一台掺钕玻璃激光器    1963年6月  干福熹等 第一台GaAs同质结半导体激光器 1963年12月 王守武等 第一台脉冲Ar+激光器     1964年10月 万重怡等 第一台CO2分子激光器     1965年9月  王润文等 第一台CH3I化学激光器    1966年3月  邓锡铭等 第一台YAG激光器         1966年7月  屈乾华等 我国各类激光器的“第一台”

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55 第一个激光专业研究所-中国科学院上海光机所
神光-Ⅰ激光驱动器 第一个激光专业研究所-中国科学院上海光机所

56 总建筑面积4612平方米，为4层钢筋混凝土框架结构， 总高度15米。该装置输出两束口径为200mm的强光束，
每束激光的峰功率达1万亿瓦，脉冲宽度有1ns和100ps 两种，波长为1.053μm的红外光，可倍频到0.53μm 绿光。

57 神光-II 激光驱动器

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59 国际上只有少数发达国家的著名实验钛宝石激光 装置输出功率超过100万亿瓦
规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍,。 2004年4月，神光Ⅱ装置成功突破100万亿瓦大关， 输出峰值功率达到120万亿/36飞秒 国际上只有少数发达国家的著名实验钛宝石激光 装置输出功率超过100万亿瓦

60 迸发出相当于全球电网发电总和数十倍的强大功率.
神光Ⅱ在1000万亿分之36秒的超短瞬间内， 迸发出相当于全球电网发电总和数十倍的强大功率. 不论是国外还是国内，巨型激光驱动器都是综合 国力的反映，能够代表一个国家在这一领域的 科技水平。 它的研制对相关科学技术有重大的带动作用。

61 神光-III激光驱动器 1995年，激光惯性约束核聚变在“863计划”中立项 2007年2月4日，举行了盛大的开工奠基仪式。
地点：绵阳中国工程物理研究院内， 建筑面积28154m2， 平面布置：呈长方形布置，建筑物总长178m， 总宽75m，建筑结构十分复杂 《国家中长期科学和技术发展规划》的 十六项重大专项之一

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