随着激光技术的发展,通过激光和靶相互作用,实验室已经能够获得MeV量级的离子束。这些高能离子束应用广泛,如:惯性约束核聚变快点火、医学治疗、质子束成像等方面。以往的研究主要侧重于在激光传播方向加速离子,而在方位角方向进行的离子加速鲜有研究。
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室的研究人员最近第一次利用三维PIC模拟对相对论强度下中空圆环拉盖尔高斯(LG)激光与等离子体的相互作用进行了研究,其结果发在ScientificReports[ScientificReports.5:8274(2015)]。结果表明:(0,1)模的拉盖尔高斯激光具有螺旋状,可驱动等离子体在角向转动。与常规的线偏振(LP)和圆偏振激光(CP)驱动的离子加速相比,LG激光产生的轴向离子角动量效果更明显。另外,在LG激光加速过程中,电子和离子可被LG激光中心捕获,并且可在中心处实现均匀压缩。LG激光所特有的这种中空螺旋状性质,在产生具有轨道角动量的X射线、等离子体加速、惯性约束聚变中的快点火、天体物理的脉冲星研究等方面具有潜在应用。
事实上,美国等发达国家在较早就已经建成了类似的实验室!
美国加州的国家激发实验装置在2009年6月投入使用,在2010年到2012年之间产生最初的实验结果。 在这个国家实验室所进行的实验中,科学家利用世界上最强激光产生的192道光束照射在冰冻的氢原子珠上,以激发这些燃料发生核聚变,一次持续十亿分之五秒的猛烈爆炸。
实验将按计划进行到2040年左右。美国国家点火装置如获成功,可用于科技领域,建立第一代并网发电的示范性电厂。
位于卡拉姆的英国原子能管理局已经制定了一个激光核聚变电厂的系列规划。
欧洲高功率激光能源计划(the Hiper project)将用两束激光发电,原料是海水和锂,后者是一种含量丰富的元素。
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2015-042901
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