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科学家张杰:激光聚变邻域突破的领导者

人才新闻中国仪表网2015年10月12日 09:26人气:14258

  【中国仪表网 人才新闻】日前,我国中国科学院院士、激光等离子体物理学家、上海交通大学校长张杰荣获2015年度爱德华·泰勒奖,这是我国科学家首次获得激光聚变领域的国际最高奖项。
  

  爱德华·泰勒奖每两年颁发一次,每次授予两名杰出科学家,奖励他们在运用激光和离子粒子束产生高温高强物质来进行科学研究及可控热能核聚变上的前沿研究和领导力。张杰摘得这一荣誉,缘于他及他所带领的团队在快点火激光聚变研究和在强激光实验室天体物理研究上的重要贡献。
  
  数十年来,全球科学家一直梦想着在地球实验室里实现太阳的聚变反应,以获得取之不尽的清洁能源。聚变燃料可直接取自海水中富含的氚和氘,如果每升海水中所蕴含的氘和氚发生完全的聚变反应,能产生相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算,根据目前世界能源消耗水平和海水存量,聚变能可供人类使用数亿年,甚至数十亿年,因此,聚变能被看作人类的终极能源。
  
  然而,如何控制聚变反应,实现持续的能量净输出,则是科学界一直聚焦的重大科学问题。激光聚变是实现受控核聚变的一种途径。为了实现核燃料的持续燃烧,人们先后提出了中心点火激光聚变和快点火激光聚变等物理方案。其中快点火方案有望大幅降低驱动激光的能量和激光等离子体的不稳定性,因此受到世界范围的广泛关注。如果用汽车发动机的工作原理来比喻,中心点火方案相当于柴油发动机,在压缩汽化燃料的同时实现升温至自燃;而快点火方案则与汽油发动机原理类似,将燃料压缩到一定程度后,由火花塞点火。快点火方案中,超强加热激光脉冲产生的大量高能超热电子,给预先压缩的氘氚燃料快速加热到聚变温度的过程,就相当于汽油发动机中的点火过程。所以,在快点火物理方案的研究中,超热电子的定向产生和可控传输是快点火激光聚变成功的关键。张杰带领的研究团队,对这个问题进行了深入系统的研究,实现了超热电子束流的定向产生和准直传输,为深入理解和控制快点火激光核聚变过程作出了重要贡献。
  
  张杰的探索还不止于此,在小实验室里重现“大宇宙”,也是他多年孜孜以求的方向。长期以来,天文学家对天体现象的主要研究方法是被动的远距离观测和理论模拟,高功率激光技术的快速发展给天体物理研究带来了新的机遇。利用高功率激光装置,人们能够在实验室中创造与天体现象相似、前所未有的极端物理环境,对天体问题进行主动、近距、可控的研究。张杰领导的国际联合研究团队在这一领域一路前行,在国内开创了实验室天体物理研究的新领域,在对黑洞周围的光电离、太阳表面的磁重联和喷流等重要天体物理前沿问题的研究中,取得多项重要突破。
(本文来源:光明日报转载请注明出处
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