由大阪大學領(lǐng)導的一個國際聯(lián)合研究小組證明，通過應用高強度短脈沖激光加速的相對論電子束(REB)，應用600特斯拉(T)的磁場，可以有效地加熱等離子體。 ，比釹磁鐵(最強的永久磁鐵)的磁能大約600倍。他們的研究成果發(fā)表在Nature Communications上。

如果通過用高強度激光照射等離子體將REB加速到接近光速，可以將物質(zhì)加熱到數(shù)千萬度的溫度，就有可能點燃受控的核聚變反應。

在中心點火方案中，慣性約束聚變(ICF)的主流方案具有點火淬火的問題，這是由熱火花與周圍的冷燃料混合引起的。另一方面，在快速點火方案(快速等容加熱)中，一部分低溫燃料被加熱，然后加熱區(qū)域成為熱火花以在所述混合發(fā)生之前觸發(fā)點火。因此，快速點火方案作為替代方案引起了關(guān)注。

在快速點火方案中，首先，使用納秒激光束將聚變?nèi)剂蠅嚎s至高密度。接下來，高強度皮秒激光器快速加熱壓縮燃料，使加熱區(qū)域成為引發(fā)點火的熱火花。核聚變通過燃燒大部分燃料釋放出大量能量。

REB由高強度短脈沖激光產(chǎn)生并加速到接近光速，通過高密度核聚變?nèi)剂系入x子體并在核心中沉積一部分動能，使加熱區(qū)域變熱觸發(fā)點火的火花。然而，由高強度激光加速的REB具有大的發(fā)散角(通常為100度)，因此只有一小部分REB與核心發(fā)生碰撞。

一個千克級的磁場對于以光速引導高能電子是必要的，因此研究人員使用了數(shù)百個特斯拉的磁場。因為帶電且質(zhì)量小的電子容易沿磁場線移動，所以它們將1MeV的高能REB沿磁場線引導到核心(100微米或更小的聚變?nèi)剂?，實現(xiàn)高效加熱高密度等離子體。他們將該方案命名為“磁化快速等容加熱”。

在這項研究中，激光到核心的能量耦合最高達到8%。激光 - 核心能量耦合，即REB的能量沉積速率，取決于待加熱的等離子體的密度。在基于點火火花形成條件的計算中，在該研究中獲得的REB的能量沉積速率是通過中心點火方案獲得的能量沉積速率的數(shù)倍。因此，研究人員得出結(jié)論，磁化快速等容加熱非常有效，可用于激光聚變能的發(fā)展。

資深作者藤岡信介說：“我們在聯(lián)合使用/研究中心項目下與國內(nèi)外研究人員合作，在實現(xiàn)激光聚變能方面取得了進展。我們的研究成果將應用于研究核心的再生產(chǎn)。在極端環(huán)境下實驗室模擬和創(chuàng)造新事物的明星。“