《激光約束核聚變》PPT課件.ppt

2010.09.15,2010年9月16日,激光約束核聚變,李 莉,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,當(dāng)今世界能源是文明的基礎(chǔ)，各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與能源密切相關(guān)，能源與人們的日常生活密切相關(guān)，當(dāng)前的地區(qū)沖突與矛盾往往與能源有關(guān)。,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,2010.09.15,2010.09.15,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,2010.09.15,特點(diǎn)：能量高，運(yùn)用廣泛；但資源有限，污染嚴(yán)重,作用：在古代提高了手工業(yè)生產(chǎn)的效率，方便人民的 生活。在近代使社會(huì)生產(chǎn)由手工操作發(fā)展到機(jī) 器生產(chǎn)。也促進(jìn)了交通和軍事的近代化。同時(shí) 造成了環(huán)境污染。,2010.09.15,1958年兗州煤田唐村煤礦建礦初期，男職工推磨車提煤,2010.09.15,1988年兗州煤田唐村煤礦員工在全國(guó)掘進(jìn)上崗競(jìng)賽中,2010.09.15,2009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,2010.09.15,2009年8月12日，在兗礦集團(tuán)濟(jì)三煤礦調(diào)度指揮控制中心里， 工作人員查看井下各個(gè)流程的工作情況,2010.09.15,2009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、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,特點(diǎn)：能量巨大，效率高，技術(shù)要求高。 有輻射和巨大破壞性,影響：核能的開(kāi)發(fā)和利用，是人類能源的一場(chǎng)革命。 極大的提高了社會(huì)生產(chǎn)力，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。但 核能用于軍事，給人類帶來(lái)了毀滅性的威脅， 成為當(dāng)代國(guó)際關(guān)系的重大問(wèn)題。,2010.09.15,曼哈頓計(jì)劃,Manhattan Project,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,羅斯福總統(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,2010.09.15,1945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”,2010.09.15,1939年8月2日，流亡美國(guó)的 德國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦向羅 斯?？偨y(tǒng)建議，應(yīng)搶在納粹 之前研制出原子彈。,愛(ài)因斯坦自認(rèn)為犯下一生最大錯(cuò)誤,人類下一次戰(zhàn)爭(zhēng)若使用核武器， 再下一次戰(zhàn)爭(zhēng)就只能使用木棒了,2010.09.15,1958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,接見(jiàn)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森,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,原子核 電子,質(zhì)子 中子,原子,2010.09.15,一個(gè)鈾-235原子有92個(gè)電子，其原子核由92個(gè)質(zhì)子和 143個(gè)中子組成。50萬(wàn)個(gè)原子排列起來(lái)相當(dāng)一根頭發(fā)的直徑。,如果把原子比作一個(gè)巨大的宮殿，其原子核的大小只是一顆 黃豆,而電子相當(dāng)于一根大頭針的針尖。,一座100萬(wàn)千瓦的火電廠，每年要燒掉約330萬(wàn)噸煤，要用許 多列火車來(lái)運(yùn)輸。而同樣容量的核電站一年只用30噸燃料。,2010.09.15,重核裂變,在50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23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。,2010.09.15,2010.09.15,1945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。,2010.09.15,D+DT(1.01 Mev)+P(3.03 Mev) D+DHe3(0.82 Mev)+n(2.45 Mev) D+THe4(3.52 Mev)+n(14.06 Mev),2010.09.15,2010.09.15,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?發(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?我國(guó)新一代熱核聚變裝置EAST,2010.09.15,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。,2010.09.15,2010.09.15,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n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，,2010.09.15,1956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)。,2010.09.15,1959年月，王淦昌從萬(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,2010.09.15,2010.09.15,神光-激光驅(qū)動(dòng)器,第一個(gè)激光專業(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1.053m的紅外光，可倍頻到0.53m 綠光。,2010.09.15,神光-II 激光驅(qū)動(dòng)器,2010.09.15,2010.09.15,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-裝置擴(kuò)大4倍,。,2010.09.15,神光在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