多年來，研究人員一直在研究用高能激光加熱材料，以求能最終產(chǎn)生聚變能量。最近，英國倫敦帝國理工學(xué)院的理論物理學(xué)家提出一種新的加熱機(jī)制，通過高能激光產(chǎn)生無對撞靜電沖擊波，能在20飛秒內(nèi)把小塊固體材料加熱到千電子伏特（千萬度）級別，比太陽中心溫度還要高。相關(guān)成果發(fā)表在最近的《自然·通訊》雜志上。
 研究人員稱，這是他們第一次提出這種方法，有望為研究熱核聚變能源開辟新途徑——科學(xué)家們一直在尋求如何模仿太陽產(chǎn)生清潔能源。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，新方法的加熱速度是目前美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室聚變實(shí)驗(yàn)中的100倍。在大部分材料中，激光能量會首先加熱材料中的電子，再由電子去加熱組成物質(zhì)的粒子——離子。研究小組的方法是利用激光誘導(dǎo)的靜電沖擊波直接加熱離子，因此比通過電子間接加熱更快。                                    通常，當(dāng)高強(qiáng)度激光照射到材料上時(shí)，產(chǎn)生的靜電沖擊波會推動離子，使它們加速離開而無法被加熱。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果材料中含有特殊的離子聯(lián)接，它們會通過沖擊波獲得不同的加速度，從而導(dǎo)致摩擦，反過來使它們迅速變熱。這種效果在含有兩種離子的固體（如塑料）中最強(qiáng)，只有一種離子時(shí)，就沒這種效果。此外，密度大也是加熱速度快的原因之一。沖擊波通過高密度材料時(shí)，離子被擠在一起，摩擦效果比低密度材料要大得多。

論文合著者、該校物理系博士馬克·夏洛克說：“兩種離子就像火柴頭和火柴盒，你兩個(gè)都需要。一根火柴自己是不會燒起來的。”                                             論文第一作者阿瑟·特瑞爾說，聚變研究中的問題之一就是如何在恰當(dāng)時(shí)間、恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)從激光中獲得能量。而這一方法讓能量直接進(jìn)入了離子。
我們都知道太陽溫度非常高，而這一次英國的理論物理學(xué)家可以把固態(tài)材料的溫度加熱到比太陽中心的溫度還要高，并有望成就強(qiáng)大的熱核聚變能源。換句話說，未來我們可能創(chuàng)造出許許多多的“人造太陽”，為人類帶來無限的清潔能源。事實(shí)上，各國的科學(xué)家都在為了這一大膽的創(chuàng)想而探索。其中，世界最大激光器——美國國家點(diǎn)火裝置正距離這個(gè)目標(biāo)越來越近。希望英國科學(xué)家的新研究可以幫助人類早日實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望，讓多年的夢想逐步成為現(xiàn)實(shí)。
倫敦皇家學(xué)院理論物理學(xué)家已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一款快速加熱裝置，可在不到一百萬的萬分之一秒的時(shí)間內(nèi)將某種材料加熱至一千萬度。
這種方法在這里首次提出，可能與新的熱核聚變能量研究途徑有關(guān)，在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家正在尋求可復(fù)制出太陽生產(chǎn)清潔能源的能力的方法。
這項(xiàng)加熱系統(tǒng)，比目前看到的加州勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室采用的世界上最具能量激光系統(tǒng)進(jìn)行的聚變實(shí)驗(yàn)加熱速率大約快100倍。目前這場競爭已經(jīng)進(jìn)行到理論付諸于實(shí)踐的階段。
多年來為了創(chuàng)造能量聚變，研究人員一直在用高能激光器來加熱材料。在這項(xiàng)新的研究中，皇家學(xué)院物理學(xué)家正在尋找直接加熱離子的方法，這些顆粒構(gòu)成了大量的物質(zhì)。
激光加熱大多數(shù)材料時(shí)，來自激光的能量首先加熱目標(biāo)中的電子。然后依次加熱離子，比直接加熱離子的過程要慢。
皇家研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高強(qiáng)度的激光射向某種類型的材料時(shí)會形成一個(gè)靜電沖擊波，能夠直接加熱離子。他們的發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在《Nature Communications》上。

"這是一個(gè)完全意想不到的結(jié)果。聚變研究的其中一個(gè)問題是在正確的時(shí)間正確的地點(diǎn)從激光中得到能量。這種方法可使能量直接進(jìn)入離子，”論文第一作者阿瑟·特瑞爾博士說。
 一般情況下，激光誘導(dǎo)的靜電沖擊波將離子推向前面，使他們從沖擊波加速離開，但還沒有熱起來。然而，使用復(fù)雜的超級計(jì)算機(jī)模擬，研究小組發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，如果材料包含離子的特殊組合，它們將通過沖擊波以不同的速度加速。這會導(dǎo)致摩擦，摩擦又使它們快速地加熱。他們發(fā)現(xiàn)，該作用在具有兩個(gè)離子類型的固體材料中最強(qiáng)，如塑料。

"這兩種類型離子的行為像火柴和火柴盒;你需要兩者的配合“，皇家學(xué)院物理系、合作研究者M(jìn)ark Sherlock博士說，”一束火柴永遠(yuǎn)不能點(diǎn)燃自己 ——你需要與火柴盒不斷地產(chǎn)生摩擦。

"加熱目標(biāo)所用的實(shí)際材料非常重要”，合作研究者Steven Rose教授補(bǔ)充說?！皩τ谀切┲挥幸环N離子類型的材料，這種作用就完全消失了”。

"這種加熱非常迅速，因?yàn)槟繕?biāo)材料密度非常大。離子被擠壓在一起，當(dāng)靜電沖擊波通過時(shí)，材料的密度通常是一種固體材料密度的十倍，導(dǎo)致摩擦作用要比在低密度材料中的作用強(qiáng)的多，如氣體材料。

這項(xiàng)技術(shù)如果經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對于一個(gè)龐大數(shù)目的離子群體來說，可能是有史以來被證實(shí)在實(shí)驗(yàn)室中加熱速率最快的。

"當(dāng)原子在加速器中撞擊在一起時(shí)，就像大型強(qiáng)子對撞機(jī)，溫度會變化更快，但這些碰撞是單粒子對之間的碰撞，”Turrell博士說。“相反，在世界各地許多激光設(shè)施中都可以探討這項(xiàng)技術(shù)——可以加熱常規(guī)的固體密度材料?！?/p>