張杰，中國科學(xué)院院士、激光等離子體物理學(xué)家、上海交通大學(xué)校長，由于他及他所帶領(lǐng)的團隊在快點火激光聚變研究和在強激光實驗室天體物理研究上的重要貢獻，于9月24日晚在西雅圖被美國核學(xué)會授予2015年度愛德華•泰勒獎。這是我國科學(xué)家首次榮獲這個激光聚變領(lǐng)域的國際最高獎項，為我國的相關(guān)研究領(lǐng)域贏得了榮譽。
在地球上創(chuàng)造“微型太陽”
數(shù)十年來，全球科學(xué)家一直夢想著在地球?qū)嶒炇依飳崿F(xiàn)太陽的聚變反應(yīng)，以獲得取之不盡的清潔能源。相比當(dāng)前人類采用的裂變式的核能，聚變反應(yīng)更加高效，而且?guī)缀醪粫䦷矸派湫晕廴镜拳h(huán)境問題。聚變?nèi)剂峡芍苯尤∽院Ｋ懈缓碾昂碗绻可Ｋ兴N含的氘和氚發(fā)生完全的聚變反應(yīng)，能產(chǎn)生相當(dāng)于300升汽油燃燒時釋放的能量。以此推算，根據(jù)目前世界能源消耗水平和海水存量，聚變能可供人類使用數(shù)億年，甚至數(shù)十億年，因此，聚變能被看作人類的終極能源。
然而如何控制聚變反應(yīng)，實現(xiàn)持續(xù)的能量凈輸出，則是科學(xué)界一直聚焦的重大科學(xué)問題。激光聚變是實現(xiàn)受控核聚變的一種途徑。為了實現(xiàn)核燃料的持續(xù)燃燒，人們先后提出了中心點火激光聚變和快點火激光聚變等物理方案。其中快點火方案有望大幅降低驅(qū)動激光的能量和激光等離子體的不穩(wěn)定性，因此受到了世界范圍的廣泛關(guān)注。如果用汽車發(fā)動機的工作原理來比喻，中心點火方案相當(dāng)于柴油發(fā)動機，在壓縮汽化燃料的同時實現(xiàn)升溫至自燃；而快點火方案則與汽油發(fā)動機原理類似，將燃料壓縮到一定程度后，由火花塞點火。快點火方案中，超強加熱激光脈沖產(chǎn)生的大量高能超熱電子，給預(yù)先壓縮的氘氚燃料快速加熱到聚變溫度的過程，就相當(dāng)于汽油發(fā)動機中的點火過程。所以，在快點火物理方案的研究中，超熱電子的定向產(chǎn)生和可控傳輸是快點火激光聚變成功的關(guān)鍵。張杰教授帶領(lǐng)的研究團隊，對這個問題進行了深入系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)了超熱電子束流的定向產(chǎn)生和準(zhǔn)直傳輸，為深入理解和控制快點火激光核聚變過程作出了重要貢獻。
在小實驗室里重現(xiàn)“大宇宙”
宇宙中各種天文現(xiàn)象、天體物理過程及其豐富，有些現(xiàn)象和人們的生活密切相關(guān)。以太陽耀斑為例，其對地球空間環(huán)境造成很大影響。太陽色球?qū)又幸宦暠ǎ厍虼髿鈱蛹纯坛霈F(xiàn)繚繞余音。太陽耀斑爆發(fā)時，會嚴(yán)重危及宇宙飛行器內(nèi)的宇航員和儀器的安全。無線電通信尤其是短波通信，以及電視臺、電臺廣播，會受到干擾甚至中斷。會干擾地球磁場而引起磁暴。此外，太陽耀斑爆發(fā)是對地球有非常嚴(yán)重的影響。正由于如此，長期以來，人們一直將揭開耀斑爆發(fā)的奧秘作為天體物理前沿研究的焦點。我們當(dāng)然無法登上太陽去觀測研究這種現(xiàn)象，但是我們卻可以通過激光實驗在實驗室中重現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，從而深入揭示這些宇宙奧秘。
長期以來，天文學(xué)家對天體現(xiàn)象的主要研究方法是被動的遠距離觀測和理論模擬。高功率激光技術(shù)的快速發(fā)展給天體物理研究帶來了新的機遇。利用高功率激光裝置，人們能夠在實驗室中創(chuàng)造與天體現(xiàn)象相似、前所未有的極端物理環(huán)境，為科學(xué)家們在實驗室中對天體問題進行主動、近距、可控的研究提供了新思路和新方法。張杰教授領(lǐng)導(dǎo)的國際聯(lián)合研究團隊在國內(nèi)開創(chuàng)了實驗室天體物理研究的新領(lǐng)域，在對黑洞周圍的光電離、太陽表面的磁重聯(lián)和噴流、超新星爆發(fā)導(dǎo)致的無碰撞沖擊波等重要天體物理前沿問題的研究中，取得了多項重要突破，受到國際同行的高度評價。
愛德華•泰勒獎是美國核物理學(xué)會設(shè)立、以“氫彈之父”愛德華•泰勒命名的聚變能源領(lǐng)域最高獎項，每兩年在國際慣性聚變科學(xué)與應(yīng)用大會上頒發(fā)，每次授予兩名杰出科學(xué)家，獎勵他們在運用激光和離子粒子束產(chǎn)生高溫高強物質(zhì)來進行科學(xué)研究及可控?zé)崮芎司圩兩系那把匮芯亢皖I(lǐng)導(dǎo)力。
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