世界最大激光器成功產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核能量
據(jù)最新消息,世界上最大的激光器——美國國家點火裝置(NIF)于近日獲得了重大突破,成功產(chǎn)生了類似恒星內(nèi)核的巨大能量,是人類科技史上的一次重大進步,對社會的發(fā)展影響巨大。
核物理學的一項新進展使核聚變能源正在“升溫”。日前發(fā)表在英國《自然》雜志上的論文稱,美國國家點火裝置的科學家現(xiàn)已通過實驗證明,核聚變反應釋出的能量比燃料(用于引發(fā)核聚變反應)吸收的能量多。這項發(fā)現(xiàn)標志著核聚變能源將步入新時代,研究的下一個目標將會是實現(xiàn)“總增益”,即系統(tǒng)產(chǎn)生的能量必須超過進入系統(tǒng)的能量。
慣性約束核聚變是一種產(chǎn)生核聚變能量的方法,其操作原理是把燃料芯塊的溫度提高,從而引發(fā)內(nèi)爆和燃料壓縮。實現(xiàn)受控核聚變條件比較苛刻,輸出能量大于輸入能量要求密度和約束時間的乘積達到一定要求。

世界最大激光器成功產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核能量
而美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室擁有的世界最大激光器——被稱為“人造太陽”的美國國家點火裝置(NIF),其有能力產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核的熱與力。盡管設計初衷是用來模擬核爆,屬于美國“無爆炸核試驗”不可或缺的部分,但該裝置自落成起就讓世人廣泛注意到它更具魅力的一點——實現(xiàn)核能發(fā)電。人類能于實驗室中獲得“取之不盡用之不竭”核聚變能源。
此次通過國家點火裝置,勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的奧馬爾·哈瑞肯教授及其科研團隊在慣性約束聚變中成功克服障礙,實現(xiàn)了“燃料增益”。在實驗中,他們使用192支激光,替一顆燃料芯塊進行加熱和壓縮直至核聚變反應發(fā)生。研究結(jié)果表明,核聚變反應產(chǎn)生的能量,大約是以前紀錄的10倍。
世界最大激光器“人造太陽”成功產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核能量,其成功意義非凡,它不僅是人類歷史上威力最大的一次激光脈沖發(fā)射,也是人類在核聚變探索之路上的一座里程碑。
發(fā)布時間 : 2017-11-14
廣東骨科研究院借3D打印 髖臼骨折病人手術(shù)當天可翻身
張先生因意外摔壞了骨盆,日前,他在南方醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院(廣東省骨科研究院)進行了髖臼骨折整復內(nèi)固定手術(shù),當天就可以翻身了。
昨日,筆者在醫(yī)院看到張先生,發(fā)現(xiàn)這個原本需要開大口子的大手術(shù),醫(yī)生只在其腹部開了4個小孔,就在腹腔鏡下完成了手術(shù)。術(shù)前,專家通過3D打印出全仿真的骨盆,進行了模擬手術(shù)。據(jù)了解,這是世界首例在腹腔鏡下成功實施的髖臼骨折整復內(nèi)固定手術(shù)。
43歲的張先生意外從3米高墜落,致右髖臼骨折,入院時傷勢嚴重。“如果做傳統(tǒng)手術(shù),需要給患者開20多厘米的口子,在右髖打鋼釘,手術(shù)時間長、出血量大、恢復慢?!笔」强圃汗莻频脑鴧④娊淌谡f。
為了減輕患者的痛苦,醫(yī)生決定采用3D和微創(chuàng)技術(shù)。據(jù)曾參軍介紹,專家設計了一個手術(shù)方案:先對張先生骨盆進行三維重建模擬復位,再采用3D打印技術(shù),將他的仿真骨盆模型按照1∶1的比例打印出來,并進行鋼板、螺釘數(shù)據(jù)測量,鋼板預彎,螺釘進入途徑設計等一系列術(shù)前模擬手術(shù),最終才在腹腔鏡輔助下實施髖臼骨折內(nèi)固定術(shù)。
手術(shù)如期進行。醫(yī)生首先在腹壁上打4個小孔,將腹腔鏡置于腹膜外建立氣腹,充分“顯露”髖臼骨折部位,將預彎的鋼板放置到最佳位置,并鉆孔植入螺釘。由于術(shù)前螺釘長度已精確測量,手術(shù)中反復預彎鋼板及測量螺釘?shù)臅r間大大減少。術(shù)后復查鋼板位置及螺釘植入方向長度與術(shù)前3D打印模擬手術(shù)完全匹配。
“真正的內(nèi)固定時間不到1小時,前后出血僅80毫升。如果按照傳統(tǒng)術(shù)式來做,出血至少得1000毫升?!痹鴧④姳硎荆瑐鹘y(tǒng)髖臼骨折切開復位手術(shù)的康復周期很長,“但這次微創(chuàng)手術(shù)由于傷口小,疼痛輕,患者當天就可翻身,次日就能坐起來?!?/p>
發(fā)布時間 : 2017-11-14
國產(chǎn)激光探測設備遨游太空實現(xiàn)中國航天夢
去年年底,嫦娥三號將擇機發(fā)射。每當聽到與嫦娥相關(guān)的消息,王建宇心里就會泛起一陣波瀾——嫦娥三號所搭載的科學儀器中,有好幾樣出自他的研究團隊:激光測距儀和激光三維成像儀,將搭載在嫦娥三號的著陸器上,幫月球車在月面上找到落腳點;紅外成像光譜儀,將搭載在嫦娥三號的月球車上,完成科學探測任務。
作為我國著名的空間光電載荷專家,王建宇曾帶領(lǐng)一個年輕的科研團隊,研發(fā)出了激光高度計,搭載在嫦娥一號上,實現(xiàn)了中國人首次“為月球量身高”的夢想。2015年前后,我國將發(fā)射首顆量子科學實驗衛(wèi)星,上面將搭載星地量子通信設備,還是由他率隊研制。
王建宇說,自己的夢想就是做出國家需要、卻看似不可能的光電設備,讓它們遨游太空,實現(xiàn)中國的航天夢。
月球“照相機”瘦身到5公斤
安裝在嫦娥三號月球車“腹部”的紅外成像光譜儀,就像一只敏銳的眼睛,將仔細察看月面的礦物組成——這可是王建宇的最新成果。它原先搭載在飛機上,“體重”超過100公斤,顯然不適合上天。為此,王建宇帶領(lǐng)團隊絞盡腦汁,將它“瘦身”到5公斤左右,可以穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)匮b入一尺見方的盒子內(nèi),并采用了一系列創(chuàng)新技術(shù),使它“目光”敏銳?,F(xiàn)在,王建宇就期盼著月球車上的紅外成像光譜儀能帶回合格的圖像。
激光測距儀和激光三維成像儀則將承擔起幫月球車尋找“落腳點”的重任——當月球車離著陸點只有幾十公里時,它們將及時打開,以小于1米的精度,實時測量降落高度,其研制難度超過了嫦娥一號上的激光高度計。
2003年,時任中國探月工程首席科學家的歐陽自遠院士找到中科院上海技術(shù)物理所,提出研制激光高度計的要求?;叵肫甬敃r情形,王建宇說他感到了從未有過的壓力:大功率激光上天,國內(nèi)從來沒做過!
這除了要克服真空、失重、高壓等困難,激光高度計還要能在200公里外,抓住月面反射回來的微弱激光信號,這就好比要不偏不倚地捕捉一大幅畫面中的一個光點。同時,上天的設備就怕能量大,可高度計的激光器瞬時功率高達30兆瓦。在地面上,這個功率能把幾米開外的鐵板打得直冒火花。
這一強一弱之間,包含著無數(shù)難題。經(jīng)過三年多攻關(guān),王建宇團隊終于交出了令人滿意的答卷。與此同時,一支年輕的團隊也逐步成長起來。此次隨嫦娥三號上天的兩個激光儀器就是由當年激光高度計團隊帶出來的年輕博士黃庚華領(lǐng)銜研制的。
扣著理論極限抓光子
開創(chuàng)了國內(nèi)“激光上天”的先例后,王建宇又開拓起新方向:將量子通信實驗搬到衛(wèi)星上。五年前,他與量子科學家、中國科技大學的潘建偉院士開始了一項挑戰(zhàn)性合作——他們將一起驗證空間大尺度的“量子糾纏”現(xiàn)象。
量子有一種奇特的“心靈感應”,它們無論相隔多遠,只要其中一個改變狀態(tài),另一個也會同步變化。不過,光速太快,科學家怎知它們的改變是同步還是有先后?最好的辦法就是讓它們隔得足夠遠:一個在太空中,一個在地面上,光也要跑上幾毫秒才能到。
“量子通訊的本質(zhì)是極弱的激光通信。”王建宇這次要啃的“硬骨頭”是從太空中發(fā)出極其微弱的激光,再在地面上一個光子一個光子地接收下來,幾乎所有的參數(shù)都扣著理論極限。
另一個更大的難題,是星地超高精度的對準。要發(fā)射、接收如此微弱的光學信號,對儀器的要求本已很高,更何況發(fā)射裝置裝載在高速運行衛(wèi)星上,天地兩個裝置要對準收發(fā)信號,真好比“針尖對麥芒”——它們對準的角度偏差不可超過0.7角秒,相當于不到1度的萬分之二。為了驗證可行性,研究團隊讓設備在高速公路上飛馳、乘著熱氣球漂浮,直到保證萬無一失。
盡管量子科學衛(wèi)星尚未上天,但星地量子通訊設備一邊研制,一邊在青海湖做實驗,聯(lián)合團隊合作的論文已多次登上國際學術(shù)刊物,開創(chuàng)了多個“世界第一”。
棘手問題總能及時“排險”
遼闊的青海湖邊,年輕的科研人員每年堅守幾個月進行實驗。雖然王建宇不用每天值守在青海湖邊,但他肩頭的擔子卻很重?!袄像R識途”這四個字,最能說明他的作用。他手下的人說,不管出了多棘手的問題,王老師總能很快找到解決辦法,一般嘗試不會超過三次。
在研發(fā)嫦娥一號激光高度計時,關(guān)鍵設備激光器在做真空實驗時,突然發(fā)現(xiàn)能量衰減很快,壽命只有半小時,而此時離產(chǎn)品交付只剩半年多。他們和中科院上海光機所的同事一起,一項項排查原因,終于找到了解決辦法——為激光器“穿”上了一件特制的“太空服”,成功將其壽命延長到了一年以上。
從抓激光,到抓光子,王建宇所接受的挑戰(zhàn)越來越艱難,不過他卻樂在其中:今后我國探測小行星、探測火星,還會有更多挑戰(zhàn)出現(xiàn)。帶出一支在空間激光設備研制上有積累的隊伍,讓光子載著中國的航天夢遨游于太空,王建宇說,這就是他此生的夢想。
發(fā)布時間 : 2017-11-14









