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想象一下，试图将太阳召唤到你的研究实验室。是的，你，大明星！带上你灼热的热量，核心不断核聚变的戏剧性和你超乎寻常的能量水平。我们想知道如何使这种聚变能在地球上随意有效地发生，这样我们就可以永远不会担忧将“能源供应”问题。
当然，太阳实际上无法到达实验室。它离实验室太远，大约9300万英里，而且它太大了（直径约864,000英里）。而且它的热量也是巨大的，其密度比地球上任何东西都高。这就是为什么它可以持续进行能量反应，为地球上的生命提供动力。
图1，助理教授Arijit Bose是特拉华大学物理和天文学系的新成员。他得到了桑迪亚国家实验室的资助，用于研究惯性约束聚变，该聚变利用磁化压力产生核聚变。来源：Jeffrey C. Chase.
当然，这并没有阻止科学家追求核聚变。相反，他们发现了非凡的方法，——使用强激光和氢燃料——来产生极端条件，比如如太阳核心的条件，在1毫米的小塑料胶囊中产生核聚变。这种方法被称为“惯性约束聚变”。
这项工作的挑战在于创建一个能产生比建造它所需的更多聚变能量的系统。其非常具有挑战性，因为它需要在极端条件下进行高精度实验，近几十年来，研究人员在生产受控实验室聚变所需的科学和技术方面取得了重大进展。
现在，特拉华大学 (UD) 的研究员Arijit Bose（阿里吉特·博斯）和他的合作者正在寻求这种方法的一种变体。他们的工作最近发表在《Physical Review Letters》上。
图2，这幅动画展示了惯性约束聚变，该聚变是通过使用高功率激光驱动球的内爆实现的，是特拉华大学Arijit Bose的新研究重点。来源：University Of Delaware/Jeffrey Chase, https://youtu.be/a-nFcNfYR7c.
他们将强大的磁场应用于激光驱动的内爆，这可能使他们能够以以前在实验中未探索过的方式控制聚变反应。
Bose是UD 物理和天文学系的助理教授，在罗切斯特大学读研究生期间开始了他的核聚变研究。在参观了罗切斯特的激光能量学实验室后，他找到了自己的研究重点。那里的激光被用来内爆球形胶囊并产生等离子体，称为“惯性约束聚变”。
“聚变是地球上一切事物的动力，”他说。“在地球上有一个微型太阳—一个毫米大小的太阳，这就是发生聚变反应的地方，这让我大吃一惊。”
Bose说，激光驱动的核聚变研究已经存在了几十年。它始于1970年代的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 (Lawrence Livermore National Lab)。利弗莫尔现在拥有世界上最大的激光系统，有三个足球场那么大。在那里进行的融合研究采用了一种间接方法。激光被引导到一个100毫米大小的小金罐中。它们撞击罐的内表面，产生X射线，然后击中目标——一个由冰冻的氘和氚组成的小球体，并将其加热到太阳核心附近的温度。
Bose说：“没有什么能在这种情况下幸存下来。电子被从原子中剥离出来，而离子移动得如此之快以至于它们相互碰撞并融合。”
目标在一纳秒（十亿分之一秒）内内爆，首先由激光驱动，然后继续利用自身的惯性压缩。最后，由于压缩引起的中心压力增加，它会膨胀。 Bose说：“启动自热聚变链式反应称为点火。如今，我们已经离实现点火非常接近了。”
2022年8月8日，利弗莫尔的研究人员报告了这项工作取得的令人印象深刻的新成果。
罗切斯特的OMEGA激光设备较小，用于测试直接驱动方法。该工艺不使用金罐，相反，激光直接击中目标球体。
新部件是强大的磁场，在这种情况下，磁感应强度高达50T(特斯拉)，用于控制带电粒子。相比之下，典型的磁共振成像 (MRI) 使用的主磁铁为 3 T。Bose说，保护地球免受太阳风影响的磁场比50T小很多数量级。
“你想让原子核融合，磁场捕获带电粒子并使其绕场线运动。这有助于产生碰撞，有助于促进聚变。这就是为什么增加磁场有利于产生聚变能量。”Bose说。
核聚变需要极端条件，但这已经实现了。挑战在于获得比输入更多的能量输出，而磁场提供了推动，使这种方法具有变革性。相关工作发表在《Physical Review Letters》上，论文中的实验是Bose在麻省理工学院等离子体科学与融合中心进行博士后研究时完成的。该合作仍在继续。
Bose说，他之所以被特拉华大学吸引，部分原因是物理和天文学系对等离子体物理的关注，包括威廉·马修(William Matthaeus)、迈克尔·谢(Michael Shay)和本·马鲁卡(Ben Maruca)。
“他们对来自NASA太阳能计划及其所有任务的数据进行研究和分析，”他说。“我们进行实验室天体物理实验，在实验室中，这些现象在空间和时间上都被缩小。这给了我们一种方法来解开NASA任务提出的一些复杂的物理问题。”
Bose说，学生是这项工作的重要推动者，因为这项新的研究领域，他们的职业生涯相比其他人更有前景。“这是科学的一个重要并迷人的部分，学生是国家实验室劳动力发展过程中及其重要的部分，”他说。“在这项科学和技术方面有经验的学生最终往往成为国家实验室的科学家和研究人员。”“未来，还有很多工作要做，”他说。“也许，我们不会在明天就想到解决方案，但我们正在为清洁能源的解决方案做出贡献。”
