上百束微弱的激光，經(jīng)過一道道玻璃之后，能量會放大1萬億倍。最終，它們將匯聚到一點，點燃激光慣性約束聚變裝置，有望實現(xiàn)人類源源不斷獲得清潔能源的終極夢想。
要得到這足以引發(fā)氫同位素核聚變的強大激光，就必須研制出能為激光輸送能量的釹玻璃。中科院上海光機所的一群科學家，為實現(xiàn)這個夢想，默默努力了半個世紀。
如今，他們已經(jīng)是國際上唯一掌握制作大尺寸高性能激光釹玻璃全過程工藝的團隊。昨天，他們捧得了2016年度上海市技術(shù)發(fā)明特等獎。
釹玻璃“賦能”讓激光足以引發(fā)聚變反應(yīng)
1焦耳的能量，可以讓1瓦的燈泡正常發(fā)光1秒。1納焦耳，只有1焦耳的十億分之一，這個能量級別的激光，微弱得幾乎無法察覺。然而，經(jīng)過一兩千片吸收了能量的釹玻璃“賦能”，這束微光將強大到引發(fā)聚變反應(yīng)。
“釹玻璃很奇特，在氙燈的照射下，釹離子會吸收光的能量，從低能狀態(tài)躍遷到高能狀態(tài)。”釹玻璃項目負責人、光機所研究員胡麗麗解釋，當激光穿過能量滿滿的釹玻璃時，就會吸收玻璃中的能量而變強，“數(shù)千片激光釹玻璃在裝置中，反復(fù)為激光‘接力’，最終讓激光達到科學家的需求。”
這強大的激光，可以助力科學家進行高能量密度物理基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造了激光瞬時輸出功率世界紀錄的浦東張江超強超短激光裝置中，也用到釹玻璃陣列；激光釹玻璃也可用于聚變研究，我國的“神光”裝置就是世界上性能最好的聚變“點火器”之一。
從1964年起，上海光機所就開始了釹玻璃的研究，并走出了干福熹、姜中宏兩位中科院院士，團隊成員目前穩(wěn)定在80多人。從第一代硅酸鹽釹玻璃，到現(xiàn)在磷酸鹽釹玻璃，整整經(jīng)歷了4次技術(shù)的代際提升。胡麗麗說，與硅酸鹽釹玻璃相比，磷酸鹽釹玻璃十分“嬌氣”：使用時，溫度、濕度都要精準控制，不然玻璃會發(fā)霉，熔煉時也非常困難，“可它的能量放大能力是硅酸鹽釹玻璃的10倍，大功率激光裝置離不開它。”
再難，也要做出來!沒有它，我國激光科學沖擊世界前沿將只能是紙上談兵。
制造工藝全掌握世界獨此一家
磷酸鹽釹玻璃為何難造?它要同時滿足28個技術(shù)參數(shù)，幾乎每一個都是一道難跨越的坎：高純度的原料既容易吸水，又“性格”活潑，連生性“懶惰”的白金都會被它“拉”下馬。而激光釹玻璃中，又容不得雜質(zhì)的存在。大功率激光裝置動輒需要上千片釹玻璃，它們必須規(guī)格性能一模一樣，才能讓兩三百路激光最終精準匯聚到僅有毫米量級的靶點上。
按照傳統(tǒng)方法，熔煉出一片釹玻璃平均需要兩天。早在上世紀90年代，美國、日本、德國3家公司共同投入研發(fā)，花了6年時間，掌握了釹玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)。
“中國買不到國外的釹玻璃，也得不到相關(guān)技術(shù)，國外對我們禁運。”胡麗麗說，要讓中國科研走到世界最前端，只有自己突破這個“卡脖子”的難關(guān)。
2002年，在國家科技重大專項的支持下，胡麗麗率領(lǐng)團隊，開始了攻克釹玻璃的連續(xù)熔煉技術(shù)的征程。
除水、除白金、除雜質(zhì)……每道關(guān)口都得花上兩三年才能攻克。而這“攻克”兩個字的背后，則是徹夜難眠的思索、一次次失敗之后從頭再來、無數(shù)個緊急會議和被放棄的休息日。“整個團隊連續(xù)7年，連春節(jié)假期都放棄了。”胡麗麗說，只有當約1米長、半米寬的紫紅色玻璃走下生產(chǎn)線并檢測合格時，大家的心里才會生出一絲輕松。
純凈的紫紅色玻璃，包裹著一圈淡綠色的玻璃包邊，釹玻璃美得應(yīng)該放在少女梳妝臺前。然而，在專業(yè)人士眼中，那是一個完整的光學器件———連粘結(jié)兩種玻璃用的膠水，都必須嚴格符合釹玻璃的技術(shù)參數(shù)。
項目第二完成人、光機所正高級工程師陳樹彬解釋，釹玻璃在接收能量之后，會產(chǎn)生一些雜亂的光散射，包邊玻璃不僅要能吸收“雜光”，還要能消除應(yīng)力，不然釹玻璃就會碎裂。
連續(xù)穩(wěn)定支持安心攻克難關(guān)
走進光機所嘉定北區(qū)的一幢大樓，世界上唯一一條大口徑高品質(zhì)釹玻璃連續(xù)熔煉生產(chǎn)線，正在為下一次開工做準備。這條生產(chǎn)線一年可產(chǎn)出釹玻璃1200片。陳樹彬說，與手工單片制作釹玻璃的時代相比，現(xiàn)在的生產(chǎn)效率提升了10倍，成品率也大幅提升。
數(shù)年前，國際上已有機構(gòu)找到光機所，希望購買產(chǎn)品。“當他們知道中國一家科研機構(gòu)就掌握了全套生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品指標全優(yōu)，除了佩服，還是佩服。”光機所科研處處長賀洪波說，釹玻璃的直接銷售額目前已達3.76億元，它在高技術(shù)領(lǐng)域所打開的局面，其影響深遠是難以估量的。
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