日期:2022/11/28 IAE
美國能源部宣布撥款 830 萬美元用於研究高能量密度等離子體 ｜ Department of Energy Announces $8.3 Million for Research on High Energy Density Plasmas
華盛頓特區 - 今天，能源部科學辦公室 (SC) 和美國能源部國家核安全局 (NNSA) 宣佈為高能量密度實驗室等離子體 (HEDLP) 的 20 個研究項目提供 830 萬美元。
SC-NNSA 高能量密度實驗室等離子體聯合計劃的建立是為了管理能源部內的 HEDLP 科學。 HEDLP 研究旨在探索物質在極端溫度、密度和壓力條件下的行為，包括實驗室天體物理學、行星科學、激光等離子體相互作用、相對論光學、等離子體流體動力學、等離子體原子物理學和輻射傳輸。
“我們的聯合計劃是利用能源部內部資源推動 SC 和 NNSA 感興趣的發現驅動科學的一個很好的例子，”聚變能源科學 (FES) 科學副主任 James Van Dam 說。 “在極端條件下解開物質的奧秘將使我們能夠繼續探索廣泛的領域，包括聚變能相關技術和天體物理現象。”
“支持高能量密度科學研究是非常令人興奮的，”NNSA 戰略夥伴計劃代理助理副署長 Njema Frazier 說。 “這項工作將促進我們對存在於從原子核到星係等尺度上的熱、密、高壓環境的理解。”
本公告資助的項目將探索等離子體光子學、從量子晶體到行星的動態壓縮、磁重聯、來自有序納米結構的相對論等離子體、光電離等離子體、明亮的激光驅動輻射源、暖緻密物質以及慣性約束聚變的高級診斷。
這些項目是根據美國能源部高能量密度實驗室等離子體科學資助機會公告，通過競爭性同行評審選出的。持續長達三年的項目的總資金為 830 萬美元，其中 2022 財年資金為 660 萬美元，外部資金為 170 萬美元，具體取決於國會撥款。
200 萬億瓦三叉戟激光器發出的不可見紅外光從底部進入，與照片中心的一微米厚箔靶相互作用，產生高能量密度等離子體。 圖片由洛斯阿拉莫斯國家實驗室的 Joseph Cowan 和 Kirk Flippo
高能量密度 (HED) 實驗室等離子體可能是地球上曾經產生的最極端的物質狀態。正常等離子體是物質的四種基本狀態之一，另外兩種是固體、氣體和液體。但是 HED 等離子體具有普通條件下普通等離子體所沒有的特性。例如，處於這種狀態的物質可能同時表現為固體和氣體。在這種狀態下，通常充當電荷絕緣體的材料變成了導電金屬。為了創建和研究 HED 等離子體，科學家們壓縮固體或液體形式的材料，或者用高能粒子或光子轟擊它們。
科學家在地球實驗室中創造和控制極端條件的能力有助於我們了解黑洞和宇宙中的其他事件。這項研究還支持使聚變能在地球上成為現實的努力，利用太陽內部發生的過程在地球上產生能量。研究 HED 等離子體的科學家致力於解決自然界的基本法則。但他們也致力於實際應用；對 HED 等離子體的研究可以幫助我們了解如何製造放射性同位素。這些放射性同位素有許多實際應用。例如，它們可用於創建我們身體內部的圖像以了解醫學問題，或在工業中用於了解材料如何隨著使用而磨損。
美國能源部科學辦公室：對高能量密度實驗室等離子體的貢獻
能源部支持 HED 的研究和開發，因為相關的應用解決了幾個 DOE 任務。對 HED 等離子體研究的支持起源於美國的核武器計劃。隨著激光的發明，HED 研究擴展到核武器之外。美國在 DOE 國家核安全管理局 (NNSA) 下管理 HED 活動，在 DOE 科學辦公室管理聚變能源科學計劃。科學辦公室專注於為理解和生產 HED 等離子體開發科學基礎。
高能量密度等離子體事實
高能量密度等離子體是一種奇特的物質狀態，存在於天體物理事件（例如恆星和褐矮星的誕生）、實驗室聚變實驗和核武器爆炸中。
科學家使用高功率拍瓦級激光器產生 HED 等離子體，其產生的瞬時功率水平相當於整個美國電網的輸出。
HED 等離子體是在國家點火裝置 (NIF) 中產生的，該裝置是世界上能量最高的激光器，可在 16 納秒內提供 2 兆焦耳（20,000 個 100 瓦燈泡在一秒鐘內消耗的能量）的光能。
HED 等離子體以緊湊、廉價的輻射源形式實現的應用在科學、工業和醫學中都有應用。
在氫同位素目標上使用 NIF 的 192 激光，就好比將棒球從舊金山甲骨文公園的投手丘扔到大約 400 英里外洛杉磯道奇體育場的擊球區。
資源和術語
NASEM 報告：強超快激光器的機遇
HEDLP 基礎研究需求研討會報告
在這些演示文稿中了解美國能源部與私營部門為提高聚變能力所做的聯合努力
來自 2022 年 6 月的研討會。致謝
Kramer Akli（美國能源部 FES HEDLP 項目經理，Sean Finnegan (LANL)