高功率激光驱动核反应研究进展与展望

近年来,随着高功率激光技术的持续进步,目前在实验室已可获得超过1022W/cm2的激光聚焦强度,且还在不断提升,这为超高强度激光脉冲触发核过程和核应用开辟了可能性。这样的超强脉冲激光与物质发生相互作用时,会出现很多新的物理现象,并且其产生的高温高压高密度的等离子体极端环境以及诱发的核反应次级粒子束等,也为其他基础和应用研究提供了独特的平台。强激光产生的等离子体环境可用来模拟天体核反应的环境,研究电子屏蔽效应等因素带来的低能核反应截面测量中的不确定性因素,这是目前实验室条件下直接研究天体环境中核反应的唯一技术手段。同时,激光驱动等离子体中核反应的研究也与惯性约束聚变中的燃料设计息息相关。与常规环境温度和压力下的物质相比,等离子体环境中的核反应动力学要复杂得多,对于研究天体核反应和惯性约束聚变也至关重要。因此,除加速器和反应堆外,高功率激光器正成为研究核物理的新平台。激光与核物理的结合不仅有利于具有新颖思想和方法的基础科学研究,也有利于广泛的物理应用领域。激光核物理已成为国际上一门新的交叉学科,也是物理学的重要前沿之一。与传统核物理装置相比,超强激光器具有脉冲宽度短、时间分辨率高、通量大等特性,这给核反应研究带来独特机遇的同时,也给核反应产物测量带来了挑战。本文从激光与物质的相互作用开始,介绍了世界上的激光装置,评述了激光驱动核反应的研究意义、研究特点与挑战,总结了激光驱动核反应的实验研究方法以及产物探测与标定技术,同时介绍了最新的研究进展和对未来研究的展望。

Laser-driven plasma collider for nuclear studies

A novel method of initiating nuclear fusion reactions in a full plasma environment was suggested, and a proof-of-concept experiment was carried out with the D ＋D → n＋3He reaction. In this new approach, two plasma jets generated by high-intensity lasers collide headon-head. The center-of-mass energy of the nuclei increases accordingly, and therefore, reaction products can be significantly enhanced, especially in the sub-Coulomb barrier ranges. As a result of the fusion reaction, up to - 7.6 ×105 neutrons had been observed. This new type of ＂plasma collider＂ could provide an innovative tool to study nuclear reactions under astrophysical conditions.