核能论文

核电作为一种清洁能源，对于满足中国电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义。我为大家整理的，希望你们喜欢。 篇一 中国核电发展浅析 摘要：核电作为一种清洁能源，对于满足中国电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义。首先陈述了中国核电发展现状，并提出其发展过程中存在的问题，然后结合中国的实际情况提出了核能发展的战略措施。 关键词：中国;核电;战略措施 中图分类号：F12 文献标志码： A 文章编号：1673-291X***2011***07-0200-02 引言 中国长期以来，以煤炭为主的能源结构不仅已无法适应经济的快速发展，也造成了较严重的社会能源、环境问题。能源发面，煤炭可供人类使用的时间为二百至二百二十年[1]，中国面临煤炭枯竭的严峻形势不言而喻;环境发面，燃用各种化石燃料将向大气中排放大量的温室气体二氧化碳，硫氧化物和氮氧化物等有害气体以及大量的烟尘，对环境造成极其严重的破坏。因此，中国有必要积极改善能源利用结构和实现能源的多元化供给。目前，由于有枯水期和丰水期的分别，造成水电电力不够稳定;而太阳能和风能在短期内又不可能在总电力装机容量中占有较大的份额。所以，核能是目前唯一达到工业应用、可以大规模替代化石燃料的能源[2]。因此，本文从中国发展核电的必要性出发，结合核电产业在中国的现状和存在的问题，提了出中国核电发展战略措施。 一、中国核电发展的现状 截至2008年底，中国共有11台核电机组投入商业执行，核电装机容量达到910万千瓦，占中国电力装机容量的[3]，并且中国已形成广东、浙江、江苏三个核电基地。其中，秦山二期是中国自主设计、采购、建设、运营的核电机组，55项大型关键装置中，47项实现了国产化，标志著中国具有自主建设核电厂的能力[4]。同时，中国跨入了核电站出口国行列，巴基斯坦恰希玛核电站是中国第一座按国际安全标准自主设计、生产制造的核电站。中国在核电的科研、设计、建设、执行等方面还培养锻炼了一批专业人才，具有相对完整的核电人才队伍。 经过各个部门的努力，中国核电已形成规模化批量化发展格局 [5]。二代改进型压水堆核电技术路线―CPR1000已在核电站专案中得到应用，在积累二代技术储备和执行经验的基础上，中国还积极吸收安全性和经济性更高的三代核电技术。装置制造能力的提升，先进技术的引进以及核电建设取得的成就和经验的积累，为中国核电的进一步发展奠定了基础。预计到2020年中国电力装机总容量约为亿~亿kW，考虑到煤炭资源、运输能力、环境容量等承受力的制约，中国燃煤电厂总装机容量的比例将由目前的70%下降到61%，而核电在全国发电装机容量中的比重到2020年将达到4%，核电投运规模将达到4 000万千瓦，核电年发电量达到2 600亿~2 800亿千瓦时。 二、中国核电发展存在的问题 核电在中国发展近三十年中，减少了近1亿多吨煤炭的生产及其运输，对国民经济的发展和环境的保护起到了不可磨灭的作用。但是，仍然存在着组织模式不清、标准体系落后、技术创新不足等各种问题。 1.核电发展缺乏长远和总体性规划，这也直接导致了中国核电标准化体系较低。核电产业的发展涉及国家的长期能源战略，对于正处于工业化程序中的中国，核电在国民经济发展中的重要作用更加凸显。而目前中国核电多国引进、多种堆型、多种技术、多类标准的现状难以确保中国核电产业的可持续发展。 2.核电发展经济性较低。核电站平均建成价比投资为1 742美元/千瓦，燃煤电站平均建成价比投资为889美元/千瓦，核电与煤电平均建成价比投资为[3]。此外，与煤电相比，核电的上网电价也较高，这势必会减弱核电在电力市场中的竞争力。 3.核电自主化、国产化程序有待提高。由于中国核电起步较晚，关键的核心技术尚未实现实质性突破，没有完全实现百万级大容量核电机组，工程设计、制造的自主化。而且，近三十年来，未能形成一个统一的、实际可行的核能战略目标、发展规划和与其相适应的产业政策，在已建的专案上形成多种堆型、多国引进，客观上不利于核电国产化局面。 4.核电人才不足，缺乏技术创新。中国核电人才存在缺乏、断档现象。人才数量不足，人才专业结构比例失衡，核电人才流失、老化，而且中国高校培养能力有限。技术方面，具有自主产权和国际领先水平的核心技术研发能力明显落后于国外核电发达国家。虽然核电装置国产化取得了一定进展，但关键核电装置以及装置的关键部件国内仍无法制造。 5.天然铀缺乏，放射性废物管理欠佳。中国已经探明的铀资源量不足，且天然生产能力较低;此外，随着核电的发展，如何处理放射性废物也需要妥善解决。 三、中国核电发展的战略措施 1.完善核电产业总体性、长远性规划。中国应尽快制定出符合中国核电发展的中长期规划，努力做到统一堆型，统一标准，并将核电建设纳入电力的总体规划。同时，借鉴美国“小业主”型、法国“大业主”型、日本“供应商”式、韩国“一体化”等诸多核电产业组织模式型别，找到适合中国国情的核电产业发展模式，从而保证中国核电建设的布局更合理，保证核电的可持续发展。 2.提高核电经济性，加大核电的资金投入。核电与煤电经济性相比，具有建成价比投资高的特点;与国内电网电价相比也没有优势。因此，实现核电标准化、批量化生产，努力控制核电站工程造价，提高核电厂负荷因子，在电价中体现环保折价，使核电站在经济发达、能源短缺和运输紧张的地区与煤电相竞争，这是中国核电发展的根本出路。此外，资金不足是制约中国核电发展的主要因素之一，所以，中国必须加大对核电发展的资金投入，以保证中国核电事业的可持续发展。 3.加速核电国产化和自主化程序。提高中国核电自主化、国产化，必须坚持先进科技引进与消化、吸收、创新相结合。引进百万千万级压水堆，时刻关注国际上最先进的技术，在第二代核电技术完善和成熟的基础上启动第三、四代核电技术。不断提高核电的国产化水平，促进中国核电产业的优化升级，从而保障核工业的可持续发展。 4.培养核电人才，加强核电技术创新。为了早日实现中国核电产业的腾飞，我们必须抓紧培养一批高阶核电技术人才，完善人才激励政策。同时，重视职工的在岗职位培训，努力建造一支懂技术、善管理的核电人才队伍。在技术创新方面：第一，要提高机组的安全性、经济性;第二，改进核废物处理技术，防止核扩散，努力实现核燃料回圈;第三，开发新的堆型，坚持采用热堆―快堆―聚变堆的三步方针，在保证新堆型安全性、经济性的基础上，争取使新堆型稳步发展并逐步形成中国的核能主力，同时加快核电自主化、国产化程序。 5.保证天然铀可持续供应，妥善处理放射性废物。足够的天然铀是核电可持续发展的前提，必须积极探明中国天然铀储量，确保天然铀的可持续供应。同时，加强技术创新，以防止放射性废物的泄露甚至实现废物再利用。 结语 经过长期的发展，核能已在中国初具规模。作为解决能源短缺、减轻环境污染的替代能源，核电已与火电、水电形成了中国电力的三大支柱。尽管如此，核电发展过程中的问题也急需解决。为此我们要充分吸收总结核电产业三十年中的发展经验和不足，统筹规划核电的发展，加速自主化国有化程序，培育核电人才，加强技术创新，提高核电的经济性，以保证中国核电事业的健康可持续发展。 参考文献： [1]景继强，栾洪为.世界核电发展历程与中国核电发展之路[J].东北电力技术，2008，***2***. [2]杨旭红，叶建华，钱虹，薛阳.中国核电产业的现状及发展初探[J].上海电力，2007，***6***. [3]邹树梁.中国核电经济性分析[J].南华大学学报：社会科学版，2009，***2***. [4]祁恩兰.中国核电发展的问题研究[J].中国电力，2005，***4***. [5]叶奇蓁.中国核电发展战略研究[J].电网与清洁能源，2010，***1***. [6]杜国功，杜国用.中国核电产业发展的战略思考[J].山东经济，2009，***3***.[责任编辑 安世友] 篇二 核电工程物资管理 摘要核电工程物资占到总投资55%左右，价值高，数台机组的物资采购价格高达百亿人民币;***1***种类繁杂，数量庞大，产生海量物资交易记录资料;***2***安全、质保等级分类复杂，过程控制严格，追溯性要求高，标准、规范要求严格;***3***管理周期长达5年多;***4***储存保养要求严格，恒温恒溼、清洁度等控制要求高。由于核电物资的特殊性，物资管理是核电工程专案管理的重要内容。对现场施工进度起着重要的后勤保障。作为核电工程物资本文针对核电工程物资的分散式管理中存在的问题进行分析，提出建议。 关键词 核电 仓储 物资管理 一、核电工程物资的管理模式 当前核电工程物资现场仓储管理模式主要分为两类，一是分散式管理，即仓储管理工作由各岛安装承包商分别管理;这种管理模式在以前建设核电用的比较多，工程结束后，很多物项丢失的比较严重，特别是消耗性材料和备品备件，由于总承包商无法对下面的安装单位做好监控管理的职责，安装单位在使用过程中浪费和丢失的比较严重，比之前预算的用量要多，使工程物料的成本增大，再次购买也增加了采购周期，影响了工程进度。不能及时检视物项的到货出库动态，也不能和现场施工进度紧密的联络起来。二是集中式管理，即总包方承担了所有的仓库业务，这种管理方式避免了安装单位随意浪费和丢失物资的现象，同时也带来了不好统一管理和成本增加问题。由于仓库人员种类繁多，各人员要求的技能、文化水平要求不同，不便于统一管理，增加管理成本。这种管理方式避免了安装单位随意浪费和丢失物资的现象，这种管理模式也有不足之处，总承包商不能有效的监管物项，核电在不断探讨核电的工程物项管理的模式，也不但在实际工作中改进和创新管理模式。海南核电在工程物资管理的方面开拓创新，有效有避免了前两种的管理方式的不足之处，合理的利用人和机具的利用，首次采用总承包再分包管理模式，仓储具体作业由一家承包商或专业的物流公司来操作，总承包商只到建立建一支较小的物项管理团队，负责管理、监督承包商的日常工作，负责协调各个安装承包商物资部门，以确保甲供物项各项工作顺利进行。 二、工程物资的几个控制和管理方面的建议 整个工程物资的管理包括计划、设计、采购、仓库的建设主要几个方面。 设计、采购、计划问题。在实际建设过程中，施工图纸的出版进度往往难以满足采购进度的需要，因此无法及时提供图纸材料清单作为采购的依据。在此情况下，采购工作依据历史参考电站的装置材料采购清单进行采购，但由于不同专案存在设计变更、现场变更，造成一定程度上采购遗漏、材料短缺或剩余浪费。供货计划根据三级采购进度计划和采购合同编制，条目比较粗，安装需求计划根据四级计划编制，两个计划在细节程度上的匹配度不高，一方面造成工程物资提前到货积压仓库，导致库容不足，有些物项到货离具体安装时间相差二三年之久，这样不仅占用库存量，由于海南天气高温潮溼，装置容易生锈和老化，影响装置的质量问题，同时也给后期物项保养增加了工作任务，导致成本增加。 如何解决到货与安装进度所需物项不匹配的问题，根据其他核电的安装进度所用物资进行分析，结合现场的施工进度，制定物项的一年的到货滚动计划，发给供货商，提前做好到货安排，也要控制物项过早到货。安装单位根据二级施工进度计划，编制三、四级施工进度计划，在四级进度计划的基础上结合实际施工编制3个月滚动安装需求计划。根据施工安装单位的安装需求计划，核实所求物项是否已经到货，及时与供应商联络到货问题，提前解决到货问题，满足施工现场所需。 一、库房的建设： 仓库规划和建设问题。在核电现场平面图中布置，仓库的布置和现场厂房之间科学安排，防止仓库离现场施工远，二次搬运的吊车、卡车、叉车、人工费用增加。同时也增加了安全风险。总承包应建立仓库设计、建造的标准化体系。根据核电物资储存等级、类别、大小应建立不同储存等级的仓库，满足物资的储存要求。仓库配备行车、叉车、等机具，配备消防设施、通风保溼设施、配置摄像头、保安岗亭等安保设施，配置照明、动力等电源设施。每天对仓库的设施进行安全检查，做好相关检查记录。其次仓库的各种作业活动，必须有相关程式规定和管理规章制度，做到有章可循，有据可依，这也是核电行业的管理方针。 二、到货开箱检验缺陷问题： 截止日前，到货开箱检验的缺陷的统计，开箱检验缺陷已经有二千条，已经关闭一千一百多条，核电专案已经接近尾项，这些没有关闭的缺陷检验报告，按照要求不能组卷进行移交，虽然这些缺陷大部分都是一些小问题。后期的工作重点在关闭检验缺陷上面了，要减少开箱检验的问题，个人建议从源头开始：***1***开箱时，对面哪些重大装置和供货比较多的厂家，在开箱检查时，要求厂家人员必须参加，发现小问题或疑惑的问题，在开箱检验时就可以解决。***2***对于检验时发现一些小问题，如小面积生锈、零件脱落，如厂家人员没有到现场参加开箱，这些问题可以安排仓库承包商在开箱时就可以进行处理，减少开箱检验。***3***参加开箱检验人员，如开箱中发现密封垫片、管接头等有划痕现象，如钢丝绳、电缆、钢管到货米数缺少一点，这些问题安装单位QC人员在开箱检验的时候都可以下结论，不影响现场的安装使用。 三、物资管理系统SAP 由于核电物资的种类繁杂，数量庞大，在日常到货、开箱、出库、查询的活动中，产生海量的交易记录资料，这些记录要用系统软体要实际管理。现代化的物资管理软体SAP，可以帮我们实际日常的工作管理的需求，和资源共享，资讯的准确性。工程物资的消耗统计，后期的费用的结算提供了可靠的资讯。 四、物资储存级别的要求 现场储存保养。仓库大致分为三个等级，一级为恒温恒溼仓库，温度控制在16℃～25℃，溼度小于等于60%，防静电，防强磁场，保持清洁度等;二级为一般室内或保温库，三级为一般露天仓库。在储存期间，需按照规范书中要求的频率、内容对储存的物资进行预防性和修正性保养，如防腐涂油、气体或液体保护、通电保温干燥、转动等，发现质量异常，进行修正性保养，严重质量问题按照《不符合项报告》进行处理。所有保养工作都须形成记录以备核查。 五、总结 随着人类对能源需求的日益增长和不可再生能源的日渐减少，核电能源已成为一些国家能源计划中的重点物件之一，尤其在我国，核电能源已进入快速发展阶段。物资管理从前的单一的模式变成多样化，现代化管理的模式，科学化的管理，降低管理成本，更好的为核电建设提供有力的保障。 参考文献： [1]任永娟，薛润泽.核电厂建设阶段的仓储管理工作[J].分析中国城市经济，2011 的人还看

不可再生能源是在自然界中经过亿万年形成,短期内无法恢复且随着大规模开发利用,储量越来越少总有枯竭一天；未来将面临自然资源耗竭及生态环境恶化之威胁,甚至断送人类的永续发展.因而不可再生能源的科学开采、合理利用,对于人类的可持续发展有着非常重要的意义.那我们怎么做到这些呢?我认为：一、节约利用化石能源不随意浪费能源,不断开发能耗小的新型生活用品、交通工具和动力机器等.二、新能源的开发如：风能、地热能、海洋能等三、生物质能的综合利用如：沼气等 我相信人类将用自己的智慧把更多更新的能量开发出来满足高度繁荣的社会,而人与自然的关系将更和谐,世界将变得更美好.

核物理是研究射线束的产生、探测和分析技术;以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下面我给大家分享一些核物理学术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

激光核物理

摘 要 在最近十年,激光技术有了长足的进展,激光的强度超过了1022W/cm2, 激光的电场达到~4×1012V/cm.当这种高强度的激光照射在靶上时,可以产生许多由激光产生的核反应现象.在这篇 文章 中,作者回顾了这一领域的 研究 进展,并对在不远的未来激光产生 电子 ?质子?中子?X射线和正电子 发展 的潜力进行了一些讨论.

关键词 啁啾脉冲放大,粒子云,正电子发射层析术,库仑爆炸

1 什么是

最近十年中,激光技术有了显著的进展,激光强度已超过1022W/cm2,激光的电场强度达到;1012V/cm,比氢原子中电子玻尔轨道上的库仑场大759倍,相当于在原子大小上相应加上约40kV的电压,在原子核大小上相应加上约的电压,在这种很强的电场作用下,所有的原子都会在极短的时间内被电离,产生从几个MeV到几百MeV的质子,几十MeV到GeV的电子和其他粒子,以及韧致辐射和中子,这些粒子可以产生核反应,打开了核物理以及非线性相对论光学研究的新领域[1—3].

在今后的十年中,激光强度可能会提高到1026—1028W/cm2,这样高强度的激光可以将粒子加速到1012—1015eV,并将成为研究粒子物理?引力物理?非线性场论?超高压物理?天体物理和宇宙线研究中的一个有力工具[1].

超高功率超短脉冲激光技术的发展,在实验室中创造了前所未有的极端物态条件,如高电场?强磁场?高能量密度?高光压和高的电子抖动能量?高的电子加速度,这种极端的物理条件, 目前 只有在核爆中心?恒星内部?星洞边缘才能存在,在它和物质的相互作用中,产生了高度的非线性和相对论效应,产生了崭新的物 理学 领域,也为多个交叉学科前沿研究领域带来了 历史 性的机遇和拓展的空间.

2 国内外研究现状

当前国际上已经在一些实验室中建立了几十TW到几个PW的激光系统,在上世纪80年代中期,以前激光的强度长期停留在1014W/cm2左右,这是由于非线性吸收效应随着激光强度的增加而迅速增强,在80年代中期之后,由于采用了啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification, CPA),激光强度提高了6—7个数量级,在CPA技术中,一个飞秒或皮秒的脉冲通过色散的光栅对在时间尺度将它展宽了3—4个数量级,这样就避免了放大器的饱和以及在很高强度时由于非线性效应产生的光学放大器件的损伤,在经过放大以后,再由另一光栅对将脉冲宽度压缩回到飞秒或皮秒宽度,以获得1019W/cm2到1022W/cm2的靶上功率密度.CPA超短脉冲TW的激光装置在法国光学 应用 研究所?瑞典Lund大学?德国Mark-Plank研究所?德国Jena大学?日本JAERI和 中国 工程物理研究院?中科院上海光学精密机械研究所?中科院物理研究所?中国原子能 科学 研究院等都建有.日本原子能研究所采用变形镜和CPA相结合的技术,运用低f值的抛物面镜,将激光聚焦于1μm的斑点,可以进一步提高焦斑上的功率密度,但是由于放大介质的单位面积上的饱和能量通量和光学元件的损伤阈值的限制,单位面积上最大的光强度?I??th?=hν3σΔν?ac2?,这个数值约为10?23?W/cm2.美国LLNL正在计划建造10?18?W(exawatt)和10?21?W(zettawatt)的激光装置,以期获得1026W/cm2 —1028W/cm2的靶上功率密度.

高强度的激光可以引起许多核反应,当激光强度I>10?18?W/cm2时,在激光电场做抖动的电子能量达到,产生了相对论等离子体.运用强激光在等离子体中产生的尾场去加速电子,如用一台紧凑型的重复频率的激光器可以产生200MeV的电子.这种激光等离子体型的加速器具有比通常电子加速器高出1000倍的加速梯度,即达到GV/m.运用高强度?单次脉冲的激光也获得了100MeV的电子,并测量到它的韧致辐射.超短超强激光还可以产生质子束,并开始运用这些质子束产生正电子发射层析术(positron emission tomography,PET)所需要的短寿命的正电子放射源,一种用激光来产生的小型化的和 经济 的质子产生器有望在未来用于质子治癌.运用超短超强激光直接产生正电子已在英国卢瑟福实验室开展,他们用重复频率的TW级的激光,打在高Z元素的靶上得到每脉冲2×107个正电子,它对于基础研究和材料科学很有用途.通过超短超强激光和氘团簇的相互作用,产生聚变反应的中子,其中子产额可以达到105中子/焦耳,激光产生中子的能量效率已达到世界上大型的激光装置的水平,它可以成为台面的中子源,由于其中子脉冲通量高,但总的中子剂量很小,适合于生物活体的中子照相和材料科学的研究.运用超短超强激光和氘化聚乙烯作用产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ, 50fs, 10Hz, 10?18?W/cm2) 轰击氘化聚乙烯靶,产生104中子/脉冲.运用超短超强的激光在相对论性的电子上的散射,产生几百飞秒?几十埃的硬X射线,可以用来研究材料和生命科学的一些 问题 ,这种超快的硬X射线源对于研究一些高Z物质和时间分辨的超快现象具有重要的意义.超短超强激光所产生的高能电子,在物质中产生高能X射线,可以在裂变物质铀中引起裂变,并在裂变靶中探测到许多裂变产物.在激光的强度达到1028W/cm2时,电场强度只比Schwinger场(真空击穿场强)低一个数量级,在这样的场中,由于真空的涨落被激发,激光就有可能从真空中产生正负电子对,美国Lawrence Berkerly实验室在SLAC高能加速器上,用10?18?W/cm2的激光束和聚焦性能很好的的电子束相碰撞,产生了200多个正负电子对,这是由于在反向相碰的电子和激光中,从电子的坐标系来看,激光的场强增强了Lorentz因子倍,以至于可以远远地超过Schwinger场值,直接从真空中产生一些电子对.

3 新的科学研究的 内容 ,新的交叉点

激光产生高能电子[4—7]

产生高能电子的机制有两种:第一种是在激光场作用下,电子做抖动运动,在激光强度I=10?20?W/cm2时,电子抖动运动能量能达到10MeV;第二种是由非线性效应所产生的能量比较高的部分.用300J,的激光照射在厚的金靶上,测量到的电子能谱分布基本上由两个部分组成:一部分是由有质动力产生的,它的能量在20—30MeV以下,还有一部分就是由非线性效应产生的几十MeV以至100MeV以上的高能量的电子,并和粒子云(particle in cell,PIC) 的 计算 结果符合,目前加速电子最高能量已达1GeV.能散度可达3% .

当激光的强度增加时,光波的压力变得很大,光压推着电子往前走,光波就像一个光子耙将等离子体中的电子推到脉冲的前面积累,形成电子的“雪耙”(snow plow) ,在这种“雪耙”加速中,电子的动能得到增益.在综合了光压作用和激光场的作用后,计算得到在激光强度为I=1026W/cm2时,加速梯度可达200TeV/cm,如果加速长度达到1m,电子能量为2×10?16?eV,在I=1028W/cm2时,加速梯度可达2peV/cm,加速长度为1m时,电子能量为2×10?17?eV,可以用来研究高能物理中的许多问题.

激光产生质子束[8,9]

在激光等离子体中,在I=10?20?W/cm2的情况下,加速质子的能量可以高达58MeV.加速梯度约为1MV/μm.质子被加速的距离只有60μm左右,如何增长加速距离成为非常重要的研究内容,加速质子的机制是相当复杂的,也提出了一些加速模型的设想.实验上的研究结果已显示它存在很好的应用前景.这表现在:

(1) 激光能量转换成质子束能量的效率是高的,而且和激光的能量有关,在激光脉冲能量为10J?宽度为100fs时,转换效率为1%,当500J?500fs时,转换效率为10%,人们已经获得了10?13?质子/脉冲,质子脉冲宽度约1ps,相当于10?25?质子/秒,即?;?106A的脉冲质子流.

从 理论 到实验应该研究如何进一步提高能量转换效率的问题,尤其是当激光能量进一步提高时,转换效率是否还继续上升.

(2) 质子束的发散角比较小,观察到的横向发散角为;mrad,比通常加速器上加速的质子束的发散角小.

(3) 高能质子束的获得可能会在今后的十年中实现,按照Bulanov等人的计算结果,在I=10?23?W/cm2时,质子可以被加速到1GeV以上,在I=1026W/cm2和1028W/cm2时,质子能量可以达到100GeV和 10TeV.

(4) 目前已获得几十MeV的质子束,并已用于为PET产生?18?F等短寿命的正电子源,在英国Rutherford实验室的Vulcan装置上,在20分钟内制备了109Bq的?18?F源,已经可以用在PET上.

(5) 产生200MeV的质子,并用于质子治癌,由于它在能量沉积上的优越性能,以及整个装置可以做得小,成本低,所以在治癌应用上很有发展前景,并可应用于中子照相.目前由激光加速产生的质子的能量分散度为17%.治癌应用要求能散度≤3%左右,因此减少能散度的工作在一些实验室正在进行中.

激光产生中子[10,11]

超短超强激光加热氘团簇产生核聚变,已经产生了104中子/脉冲或105中子/焦耳,从激光的能量转换成中子的效率看,和美国LLNL上的大型激光器NOVA上的每焦耳激光的中子产额相当,比日本大阪大学的大型激光装置Gekko 12上的数值大一个数量级,因此是一种很有 发展 前景的桌面台式的中子发生器,因为这种中子源的时间宽度只有1ps,是一个高中子通量的中子源,可用于材料 科学 和中子照相.

氘的团簇在吸收激光能量后要发生库仑爆炸,应该说到现在为止对于库仑爆炸的机理理解尚不非常清楚,尤其是团簇爆炸后产生的氘分子和氘的小团簇如何产生氘-氘的聚变反应也缺乏细致的了解,在进一步的改进方面,还有发展的余地,例如,如何采用多束的超短超强激光同时照射团簇,或用大于50T的脉冲磁场去推迟热等离子体的解体时间,以增加中子产额.

利用超短超强激光和氘化聚乙烯作用来产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ,50fs,10Hz,10?18?W/cm2)轰击氘化聚乙烯靶也产生了104中子/脉冲,大约每焦耳的激光产生;104中子.Disdier等人用20J,400fs,5×1014W的激光辐照CD?2靶,获得107中子,每焦耳激光产生了;105中子,这是很高的中子产额,他们还要用500J,500fs,1pW的激光照射CD?2,以获得更多的中子.

在激光辐照CD?2平面靶时,除了要 研究 激光能量在CD?2靶上的能量沉积的分布外,如何充分地利用沉积的能量是一个很重要的 问题 .沉积的能量有很大一部分要转变成等离子体的动能,在平面靶的情况下,如何设计靶面形状,以最大限度地使等离子体的动能对D-D反应做贡献.

激光产生硬的超短(~100fs)X射线[12]

用超短超强激光(50mJ,)和50MeV的 电子 束散射可以产生4nm,300fs的硬X射线,虽然转换效率不高,但产生的X射线强度可以在Si表面产生衍射峰,可以用来研究Si表 面相 变过程(从固相→熔化过程)的时间分辨的研究,也可以研究蛋白质折叠动力学,蛋白质的折叠时间为1ns,用300fs的硬X射线可用来了解它的折叠过程中的状态.

激光产生正电子[13,14]

将具有几个MeV的电子,经过很好地准直后,射到一个高Z的靶上,通过Trident过程(Z+e-→Z′+2e-+e+)和Bethe-HEitler过程(Z+r→Z′+e-+e++r′)产生正电子,采用重复频率的超短超强激光和高Z靶的相互作用,每脉冲可以产生2×107个正电子,经过慢化后,储存在磁场中,它对于基础科学和材料科学的研究是很有用的.

4 主要存在的问题和 分析

这门新兴的交叉学科在国际上也只有十多年的 历史 ,但发展十分迅速,搞激光技术和原子核物理的科学家们已经开始在一起召开学术研讨会,共同参加一些实验,由于它是一个新的生长点,发展比较快,也比较容易发现一些新现象,所以合作的积极性也在日益增长.随着超短超强激光技术的发展,在粒子加速?核物理?甚至粒子物理方面可以做出一些很好的工作来.我国发展的情况有些滞后,学科之间的交叉和合作还没有真正形成,学科之间的了解和交流还不够,因此只在交叉学科的边缘上做了一些工作,按照我国在激光技术和核物理方面的力量来说,都应该有可能做出更多更好的工作. 目前 具有超短超强激光装置的研究单位并不少,但将它们运行好,做出好的物理工作的成果并不多.

国内的情况也和国际上相似存在着一个问题,即搞强激光技术的专家和搞核物理和粒子物理专家之间的交流?讨论不够,这就会 影响 这一交叉学科的发展.

从强场物理到超短超强激光技术,到 应用 于各个领域,在世界上是基础科学和技术进步相互推动,相互作用的一个范例,基础研究的需求,以及光学科学的基础,非线性科学的基础,促进了超短超强激光技术的发展,而高强度激光的发展又为物 理学 的发展提供一个崭新的世界.

参考 文献

[1] Tajima T, Mourou G. Physical Review Special Topics\|Accelerators and Beams, 2002, 5:037301

[2] Mourou G, Tajima T, Bulanov S V. Reviews of Modern Physics, 2006, 78: 309

[3] Lee mans W P et al. Nature Physics, 2006, 2: 696

[4] Thomas Katsouleas. Nature, 2004, 431: 515

[5] Mangles S P D et al. Nature, 2004, 431 :535

[6] Geddes C G R et al. Nature, 2004, 431: 538

[7] Farue J et al. Nature, 2004, 431:541

[8] Wilks S C et al. Physics of Plasma, 2001, 8:542

[9] Schwoerer H et al. Nature , 2006, 439: 445

[10] Perkins L J et al. Nuclear Fusion,2000, 40:1

[11] Zweiback J et al. Phys. Rev. Lett.,2000, 85:3640

[12] Kmetec J D et al. Phys. Rev. Lett.,1992, 68: 1527

[13] Gahn C et al. Appl. Phys. Lett., 2000,77 : 2662

[14] Gahn C et al. Phys. Rev. Lett., 1999, 83 :4772

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