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大阪大學雷射研的「雷射Ⅻ號」:以12束雷射壓縮核燃料,準備核融合

2026年04月28日 能源環境
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「雷射Ⅻ號」靶腔室,向內部燃料照射球對稱配置的12束雷射(供圖:大阪大學雷射科學研究所)

在一個半徑1米的球形不鏽鋼真空容器中裝填約1毫米長的核融合燃料,並從正十二面體各面的垂直方向照射12束雷射,對燃料進行均勻壓縮,提升密度,為聚變反應做前期準備。然後,再用另外準備好的雷射束瞬間照射,實現高速加熱,高效觸發核融合的點火反應。這就是大阪大學雷射科學研究所(阪大雷射研)研製的雷射核融合裝置「雷射XII號」。

核融合是太陽進行著的反應。作為燃料的氘(deuterium)與氚(tritium)在高溫高壓下發生聚合時,會生成含兩個質子的氦核與中子,反應前後的質量差將轉化為巨大的能量。

雷射核融合是一種瞬時提升燃料密度的方法。它與正在法國建設實驗堆的超大型國際項目「ITER(國際熱核融合實驗堆)」以及位於岐阜縣土岐市的核融合科學研究所大型螺旋裝置所通過長時間將燃料轉化為可發生核融合反應的電漿狀態,再直接用磁場進行約束的方式並稱為核融合的雙壁。

大阪大學雷射科學研究所的兒玉了祐所長(電漿科學專業)介紹道,在直接向燃料照射雷射實現壓縮、在壓縮達到極限時實施中心點火的雷射核融合中,必須向燃料周圍全方位、均勻地照射雷射。為實現均勻照射,雷射研究所還先後研製了2束雷射的「雷射Ⅱ號」(1974年)、4束雷射的「雷射Ⅳ號」(1977年),不斷增加了雷射束數量,最終發展成如今的「雷射Ⅻ號」。但是,該裝置的性能遠不及美國擁有的60束雷射的裝置,而且即便是60束雷射,也會出現照射不均,導致反應難以順利進行。

轉機出現在2001年。兒玉所長發現,燃料壓縮與點火分兩步走就能讓核融合反應更易引發。他表示:「如果用身邊的事物打比方的話,就像汽油發動機——將空氣與燃料壓縮後,用火星塞引發爆炸並驅動活塞運動。」研究團隊未來的目標是將一座學校體育館規模的核融合反應堆部署在數據中心旁邊。

日文:JST Science Portal 編輯部
中文:JST客觀日本編輯部

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