惯性约束核聚变点火很快。
图8“快速点火”激光核聚变原理示意图
(一)传统的中心热点激光核聚变类似于柴油机的点火过程；(b)快速点火激光核聚变类似于汽油发动机的点火过程。快点火激光核聚变的概念涉及许多与高强度超短脉冲相关的强场物理相互作用过程[8]，包括超短脉冲强激光与高密度等离子体的相互作用、高密度等离子体中高强度过热电子流的产生和传输、临界密度面附近谐波的产生、超强磁场的产生和作用等。与质量动力学有关的效应，相对论性自聚焦和成丝，超短脉冲强激光束的“钻孔”和“隧道”效应等。“快速点火”方案的几个主要物理过程如图9所示。首先用纳秒长脉冲激光束对充有氘氚气体的空心靶丸进行高度对称压缩，压缩后靶丸中心的氘氚气体密度将达到其固体密度的1000倍。步骤2，用脉冲宽度约为100ps、聚焦光强为1018Wcm-2的激光束照射压制好的高密度靶丸。这种聚焦的激光束将进一步将靶丸的临界密度表面压向中心，并在高密度靶丸中形成孔。然后用脉冲宽度约为10ps、聚焦光强为1020Wcm-2的激光束快速点燃靶堆芯:点燃的激光束与靶堆芯内密度梯度较大的高密度等离子体相互作用，产生大量能量为MeV的过热电子[9]，过热电子流入高度压缩的靶丸并沉积在靶堆芯的燃料中，靶堆芯附近的燃料局部温度迅速升高。
图9快射激光核聚变的几个主要物理过程示意图。
(a)高压缩比爆炸；(b)对激光束进行“钻孔”;？点火激光束；(四)“快速点火”过程中的能量转换实际上，如图8(b)所示，“快速点火”方案中第二步使用的100ps的激光脉冲和第三步使用的10ps的激光脉冲在实际实验中是一个整形的激光脉冲。该激光脉冲由100皮秒的前沿和100皮秒的峰值组成。使用这种整形后的激光脉冲可以大大降低实验难度。聚变将压缩和点火两个过程分开，因此对爆炸对称性和驱动能量的要求可以大大降低。在“快速点火”方案中，初始压缩期只要求高密度，不要求高温，因此对长脉冲压缩激光的“平滑”要求大大降低。超短脉冲强激光与压缩高密度等离子体的相互作用可以有效地将激光能量转化为MeV级过热电子。然后对靶芯进行高效加热实现点火，可以大大降低对驱动能量的需求。目前的理论计算表明，“快速点火”方案仅用65438+百万焦耳的激光能量就能实现高增益核聚变，比传统的中心点火方案低10倍。当然，目前“速射”的方案还有很多物理和技术问题需要探讨和解决。因为“快射”发生在靶丸高压缩达到高密度的后期，所以对实际的激光装置有很高的要求。因此，在现阶段，暂时不具备整体实验判断“速射”方案可行性的条件。在这种情况下，如何对“快射”方案进行合理的分解实验，研究许多物理过程和技术问题，以判断这一方案的可行性，是国际激光等离子体研究领域的重要目标。目前“快速点火”方案的分解实验主要由以下物理问题组成:(1)长脉冲激光对靶丸的对称压缩。在这方面，由于激光核聚变多年的研究基础，积累了丰富的研究经验。一般认为，将靶丸压缩到“快速点火”方案的第一阶段所需的密度可以通过目前的激光技术和制靶技术来实现。(2)高密度等离子体中超短脉冲强激光的吸收问题。这个看似简单的问题，其实包含了极其复杂的物理过程。不同强度和脉宽的激光在不同密度的等离子体中的吸收过程是完全不同的。幸运的是，这个问题已经引起了广泛的关注和兴趣，世界上已有数百篇实验和理论论文对此进行了广泛的研究。(3)在“快速点火”方案中产生过热电子。这个问题在某种程度上和第二个问题有关，但也包括很多其他内容。如等离子体密度和温度梯度对过热电子的产额和能谱分布的影响，等离子体界面的真空加热，强场激光等离子体对电子的加速等。(4)“快速点火”方案中等离子体中的电子过热问题非常复杂。这是国际上激光等离子体物理研究的一个热点。(5)超快激光等离子体中超强磁场的产生及其作用。超短脉冲强激光与等离子体相互作用会产生极强的磁场，因其对激光能量的吸收和超热电子的产生与传输有很大影响而备受关注。但目前对这个问题的认识还不够。(6)“速射”方案中的“打洞”问题，是一个非常重要且备受关注的问题。(7)“快射”方案中超热电子在高密度等离子体中的能量沉积是决定“快射”方案成败的关键问题之一。在该方案中，MeV被携带。β粒子是电子，因为β射线是电子流)在氢弹爆炸中起到同样的作用。但是，由于电子和α粒子的根本区别，带来了高密度等离子体中超热电子特有的物理问题。(8)“速射”方案中的核反应问题。目前，英国利弗莫尔国家实验室、卢瑟福实验室和日本大阪大学正在加紧进行最后五次分解实验。为了尽快从实验上论证这一方案的可行性，并对NIF的建设规划起到一定的指导作用，利用光学诊断的方法[10]，通过实验证实了超短脉冲激光在等离子体中打孔的现象。对于高密度等离子体中超短脉冲激光与固体靶相互作用产生的超热电子的加速和输运过程的研究，也取得了很大进展【11】我国激光核聚变高技术发展规划也非常重视“快速点火”方案，相关研究项目已经启动。
5结束语