科学家竞相研究Ｚ装置

【美国《科学新闻》周刊１月１７日一期文章】题：以核聚变为目标的微型反
应堆动力装置
出乎人们意料的是，一种古老的、几乎被人放弃的技术今又重振雄风，用以生
成稠密热等离子体电离气体。它在实现可持续核聚变的努力中已成为一项新的竞争
技术。
焦点瞄准Ｚ装置
在位于阿尔伯克基的国立桑迪亚实验室，一台Ｚ装置正在通过一个直径为数厘
米的并联线组发出一股强大的电流，使导线束汽化，并产生一个能对所生成的等离
子体进行大规模压缩的强大磁场。受到箍缩的等离子体则猛烈放射出高能Ｘ射线。
研究人员在不到两年的时间里就已经把该装置的Ｘ射线输出从４０太瓦增加到
２１０太瓦以上。被压缩的等离子体核心的温度已达到至少１５０万Ｋ。核聚变所
要求的温度范围是２００万至３００万Ｋ。
康奈尔大学的物理学家戴维·哈默说：“到目前为止，这些结果一直都非常引
人注目。”
Ｚ装置已成为世界上最强大的Ｘ射线发生器。
国立桑迪亚实验室的基思·马特森说：“该装置对于进行有关辐射和物质相互
作用的实验来说，是一个无与伦比的环境。”
原理古老不等于技术　古老
利用电磁方法对气体进行压缩以产生稠密热等离子体的想法可以追溯到本世纪
６０年代。导线被排列成一个圆柱形罩，强电流从导线上通过。经过并联导线组的
电流，在每根导线的周围都产生一个磁场。导线之间相互吸引，整个导线的排列都
向导线罩的中心点倾斜。
有了这种电容器以后，Ｚ装置现在能够在数百纳秒之内向导线罩传输高达２０
兆安培电流的脉冲。结果，它在７．５纳秒内产生的Ｘ射线的能量达到了大约２兆
焦耳。
哈默指出：“它能够通过更多的等离子体产生更高的温度，从而辐射出比其它
任何装置都要多的能量。”
科学家们一直在对各种罩形结构进行试验，以便增加Ｘ射线输出，并加深自己
对这个向心聚爆过程的理解。
在最近的实验中，研究人员对直径为１．５到６．０厘米的导线罩进行了试验
，这些导线罩由９０至３００根钨线、铝线或钛线组成。马特森说：“现在的主要
焦点都集中在应用和进行技术创新以尽可能优化辐射能输出这些问题上。”
Ｚ装置离聚变究竟还有多远
最近，研究人员尝试把一个由１２０根导线组成的阵列套入另一个由２４０根
导线组成的阵列之中，这种安排确实提高了Ｘ射线的功率。
把泡沫材料做成的圆柱体或金属圆柱体放入导线罩内，也显示有可能增加Ｘ射
线的输出，并促使导线罩中心点的温度升高。
要使核聚变所产生的能量多于它所消耗的能量，就必须具备一定的能量、功率
和温度。而Ｚ装置目前能够产生核聚变所需的能量、功率和温度，大约分别为２０
％、４０％和３３％到５０％。
国立桑迪亚实验室惯性约束聚变研究方面的负责人杰弗里·昆滕兹说，该所的
这个研究小组已提出要建造一台新的装置，命名为Ｘ─１。这台装置旨在获得１０
００太瓦的功率、１６兆焦耳的能量和２００万到３００万Ｋ的温度。
Ｚ装置同时还引起了那些对利用已能获得的强大辐射和极限条件感兴趣的研究
人员的密切关注。
图片说明：位于Ｚ装置中心位置的呈圆柱形排列的并联导线阵。