2010年9月16日激光約束核聚變2010.09.15二、原子能一、背景知識(shí)三、激光約束核聚變2010.09.15一背景知識(shí)2010.09.15石油被稱為工業(yè)血液，作為重要戰(zhàn)略資源其分布極度不平衡。且作為礦物燃料其具有不可再生的特點(diǎn)。中國(guó)成為第二號(hào)石油進(jìn)口國(guó)，石油依賴進(jìn)口成為不可回避話題。中國(guó)經(jīng)濟(jì)參與國(guó)際分工與競(jìng)爭(zhēng)不可逆轉(zhuǎn)，由此引出的中國(guó)石油安全問(wèn)題，應(yīng)該引起我們足夠的重視。石油2010.09.152010.09.15石油對(duì)國(guó)際關(guān)系的影響1935年，意大利入侵埃塞俄比亞，國(guó)聯(lián)沒(méi)有把石油等戰(zhàn)略物資列入禁運(yùn)的范圍1940年，日本向東南亞擴(kuò)張，英美等國(guó)對(duì)日本實(shí)行禁運(yùn)，包括石油等戰(zhàn)略物資，日本為奪取戰(zhàn)略資源，發(fā)動(dòng)太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)西亞海灣地區(qū)的部分國(guó)家由于石油資源豐富，成為帝國(guó)主義爭(zhēng)奪和控制的焦點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直受西方大國(guó)控制。2010.09.15煤炭1、西漢開(kāi)始用煤炭作燃料2、第一次工業(yè)革命發(fā)明了以煤為燃料的蒸汽機(jī)，煤的開(kāi)采迅速發(fā)展3、魏源的《海國(guó)圖志》介紹了西方的蒸汽機(jī)，洋務(wù)運(yùn)動(dòng)引進(jìn)了先進(jìn)的蒸汽機(jī)器。4、改革開(kāi)放后，中國(guó)的煤產(chǎn)量世界第一概

況2010.09.151958年兗州煤田唐村煤礦建礦初期，男職工推磨車(chē)提煤2010.09.152009年8月12日，安全員在兗礦集團(tuán)濟(jì)三煤礦進(jìn)行井下巡查2010.09.152009年8月12日，采煤機(jī)在兗礦集團(tuán)濟(jì)三煤礦井下作業(yè)2010.09.15中國(guó)煤礦已經(jīng)成為世界上最危險(xiǎn)的煤礦，平均每年造成至少5000人死亡。中國(guó)煤炭產(chǎn)量約占全球的33%，而煤礦事故死亡人數(shù)約占79%。2010.09.15條件：科學(xué)理論的重大突破——法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象電力概況1866年，德國(guó)人西門(mén)子制成發(fā)電機(jī)19世紀(jì)七十年代，出現(xiàn)了一系列電氣發(fā)明電燈、電車(chē)、電動(dòng)工具相繼問(wèn)世。并引發(fā)了電報(bào)、電話等發(fā)明，帶動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展。2010.09.15特點(diǎn)：動(dòng)力可以隨意調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)化，使用方便；傳輸快捷，不受時(shí)間、地點(diǎn)限制，污染少，電力的來(lái)源廣，可以有水電、火電、核電等。影響：使人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入“電氣時(shí)代”2010.09.15原子能條件：愛(ài)因斯坦的相對(duì)論美國(guó)的曼哈頓計(jì)劃概況1954年蘇聯(lián)建成第一座核電站1958年，中國(guó)第一座原子能反應(yīng)堆60年代中國(guó)第一顆原子彈、氫彈1993年，大亞灣核電站2010.09.15曼哈頓計(jì)劃ManhattanProject美國(guó)陸軍部于1942年6月開(kāi)始實(shí)施的利用核裂變反應(yīng)來(lái)研制原子彈的計(jì)劃羅斯?？偨y(tǒng)賦予這一計(jì)劃以“高于一切行動(dòng)的特別優(yōu)先權(quán)”終極目標(biāo)是趕在戰(zhàn)爭(zhēng)以前造出原子彈2010.09.151945年7月15日凌晨5點(diǎn)30分，世界上第一顆原子彈試驗(yàn)成功。8月6日和9日，美國(guó)分別在日本的廣島和長(zhǎng)崎投下了原子彈。日本天皇于14日宣布無(wú)條件投降，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束了“小男孩”“胖子”“瘦子”2010.09.151958年8月，周恩來(lái)和陳毅、賀龍陪同外賓參觀中國(guó)科學(xué)院原子能研究所2010.09.15周恩來(lái)與錢(qián)三強(qiáng)2010.09.15核能對(duì)國(guó)際關(guān)系的影響1、1945年，美國(guó)在日本的廣島和長(zhǎng)崎投下原子彈，造成巨大傷害。2、兩極格局下，美蘇展開(kāi)核軍備競(jìng)賽，嚴(yán)重威脅世界和平和安全。3、1983年，美國(guó)實(shí)施“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃4、美國(guó)退出“反導(dǎo)條約”5、朝鮮退出“核不擴(kuò)散條約”6、印、巴核試驗(yàn)2010.09.15二原子能2010.09.15原子能原子能又稱“核能”。原子核發(fā)生變化時(shí)釋放的能量。重核裂變輕核聚變?cè)雍穗娮淤|(zhì)子中子原子2010.09.15重核裂變?cè)?0多年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鈾-235原子核在吸收一個(gè)中子以后能分裂，同時(shí)放出2—3個(gè)中子和大量的能量，放出的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放出的能量大得多原子彈就是利用原子核裂變放出的能量起殺傷破壞作用，核電反應(yīng)堆也是利用這一原理獲取能量，所不同的是，它是可以控制的。2010.09.152010.09.151945年7月16日世界第一顆原子彈1964年10月16日中國(guó)第一顆原子彈2010.09.15核反應(yīng)堆是核電站的心臟，2010.09.15輕核聚變它是取得核能的重要途徑之一。由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。2010.09.15D+D→T(1.01Mev)+P(3.03Mev)D+D→He3(0.82Mev)+n(2.45Mev)D+T→He4(3.52Mev)+n(14.06Mev)2010.09.152010.09.15相比核裂變，核聚變幾乎不會(huì)帶來(lái)放射性污染等環(huán)境問(wèn)題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來(lái)源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。優(yōu)點(diǎn)：前景相當(dāng)誘人。不受控制的核聚變：已實(shí)現(xiàn)如氫彈的爆炸（比原子彈威力更大）

可控制的核聚變：未實(shí)現(xiàn)2010.09.15目前主要的幾種可控核聚變方式：超聲波核聚變激光約束（慣性約束）核聚變磁約束核聚變

因?yàn)檫M(jìn)行核聚變需要的條件非?？量蹋喊l(fā)生核聚變需要在1億度的高溫下才能進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。2010.09.15磁約束受控?zé)岷司圩兾覈?guó)新一代熱核聚變裝置EAST2010.09.15原理：用磁場(chǎng)把氘氚等氫原子核和自由電子組成的，處于熱核反應(yīng)狀態(tài)高溫等離子體約束在有限的體積內(nèi)，使它受控地發(fā)生大量原子核聚變。2010.09.15三激光約束核聚變2010.09.15原理：使用強(qiáng)大的脈沖激光束照射氘、氚燃料的微型靶丸上，在瞬間產(chǎn)生極高的高溫和極大的壓力，被高度壓縮的稠密等離子體在擴(kuò)散之前，向外噴射而產(chǎn)生向內(nèi)聚心的反沖力，將靶丸物質(zhì)壓縮至高密度和熱核燃燒所需的高溫，并維持一定的約束時(shí)間，完成全部核聚變反應(yīng)，釋放出大量的聚變能。

2010.09.152010.09.15聚變反應(yīng)所要求的條件卻極為苛刻：首先要有1億度左右的高溫；其次，參與反應(yīng)的粒子密度要足夠高并能維持一定的反應(yīng)時(shí)間，即‘nτ’值要達(dá)到1百萬(wàn)億（秒/厘米3）以上，這就是著名的勞遜判據(jù)。一些國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在這類(lèi)激光裝置上作了大量的基礎(chǔ)研究工作。美國(guó)、法國(guó)等已著手建造更大規(guī)模的巨型激光器，期望能夠?qū)崿F(xiàn)激光熱核“點(diǎn)火”。2010.09.15“以身許國(guó)”的王淦昌（1907-1988）2010.09.15中國(guó)工程物理研究所集結(jié)了一大批中國(guó)物理學(xué)界的優(yōu)秀人才，原子彈、氫彈的爆炸成功，正是他們集體智慧的結(jié)晶。清華大學(xué)物理系第一屆本科生，1930年到德國(guó)留學(xué)，1934年獲博士學(xué)位，1950年任中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究員，2010.09.151956年到前蘇聯(lián)杜布納聯(lián)合原子核研究所工作。后在我國(guó)二機(jī)部工作，1978年任二機(jī)部副部長(zhǎng)兼原子能研究所所長(zhǎng)，為兩彈的制造貢獻(xiàn)了力量。在學(xué)術(shù)上也建樹(shù)頗豐。擔(dān)任中國(guó)核學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)物理學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)。2010.09.151959年３月，王淦昌從４萬(wàn)張照片中發(fā)現(xiàn)了反西格馬超子。1964年，獨(dú)立提出用激光進(jìn)行慣性約束以產(chǎn)生核聚變。2010.09.15※“死而無(wú)憾”的鄧稼先（1924-1986）楊振寧的中學(xué)校友，并和楊振寧同在美國(guó)從事物理的研究。只有26歲，被人稱為“娃娃博士”。

造出中國(guó)的爭(zhēng)氣彈——原子彈2010.09.15我國(guó)激光器的發(fā)展2010.09.15高功率激光和核聚變研究

1964年提出，1965年立項(xiàng)六十年代初，我國(guó)激光聚變研究剛剛起步的時(shí)候，錢(qián)學(xué)森形像地指出：你們的事業(yè)是地球上人造一個(gè)小太陽(yáng)！ICF研究中關(guān)鍵設(shè)備：大功率的激光器。2010.09.15兩彈一星功勛王大珩“第一臺(tái)激光器”2010.09.15我國(guó)各類(lèi)激光器的“第一臺(tái)”第一臺(tái)固體紅寶石激光器

1961年9月

王之江等

第一臺(tái)He-Ne激光器

1963年7月

鄧錫銘等

第一臺(tái)摻釹玻璃激光器

1963年6月

干福熹等

第一臺(tái)GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器1963年12月王守武等

第一臺(tái)脈沖Ar+激光器

1964年10月萬(wàn)重怡等

第一臺(tái)CO2分子激光器

1965年9月

王潤(rùn)文等

第一臺(tái)CH3I化學(xué)激光器

1966年3月

鄧錫銘等

第一臺(tái)YAG激光器

1966年7月

屈乾華等2010.09.152010.09.15神光-Ⅰ激光驅(qū)動(dòng)器第一個(gè)激光專(zhuān)業(yè)研究所-中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所2010.09.15總建筑面積4612平方米，為4層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總高度15米。該裝置輸出兩束口徑為200mm的強(qiáng)光束，每束激光的峰功率達(dá)1萬(wàn)億瓦，脈沖寬度有1ns和100ps兩種，波長(zhǎng)為1.053μm的紅外光，可倍頻到0.53μm綠光。2010.09.15神光-II激光驅(qū)動(dòng)器2010.09.152010.09.15國(guó)際上只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的著名實(shí)驗(yàn)鈦寶石激光裝置輸出功率超過(guò)100萬(wàn)億瓦2004年4月，神光Ⅱ裝置成功突破100萬(wàn)億瓦大關(guān)，輸出峰值功率達(dá)到120萬(wàn)億/36飛秒規(guī)模比神光-Ⅰ裝置擴(kuò)大4倍,。2010.09.15神光Ⅱ在1000萬(wàn)億分之36秒的超短瞬間內(nèi)，迸發(fā)出相當(dāng)于全球電網(wǎng)發(fā)電總和數(shù)十倍的強(qiáng)大功率.不論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，巨型激光驅(qū)動(dòng)器都是綜合國(guó)力的反映，能夠代表一個(gè)國(guó)家在這一領(lǐng)域的科技水平。它的研制對(duì)相關(guān)科學(xué)技術(shù)有重大的帶動(dòng)作用。

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