“在地球上创造一个微型太阳”：探秘美国NIF 图片集

国家点火设施（National Ignition Facility，简称：NIF），又称国家点燃实验设施，是美国的一座激光型核聚变装置（ICF）。这个设施由劳伦斯利福摩尔国家实验室建造，位于加州利福摩尔市。NIF意图使用激光达成极大高温高压施加于一小粒氢燃料球上启动核聚变反应。NIF也是人类史上最大的ICF设施，而且目标是一但点火后就能自给自足长期形成聚变能量输出。

早期建造始于1997年但是有诸多问题所以缓慢的建造直到2000年初。诸多政治特权使它持续推展，但也引来核武相关实验参杂其中的批评，而NIF原本只是5年计划但是却延期四次也严重超出预算。直到2007年8月，96门激光（原定192门）建造完工，还有48门（新计划为144门）接近完成。2009年2月，建造大致完成预计2010全面启动进行实验（输出能量必须大于输入）。总计花费40亿美元。

整套NIF要运作必须启动60,000具各种高科技装置包含电路、高压电、光学、机械构造、自动透镜、能量感应器、监视器、激光、和一套电脑诊断安全系统。完成这项创举除了大量借助电脑化自动控制还依赖大量有经验的政府与厂商人员得以达成。如同惊险的交响乐团一样，一切长达一公里的厂房设备最终要让192门激光在十亿分之一秒同时发射击中铅笔头大小的燃料球。误差不能超过30皮秒。NIF的准确度必须像在旧金山投球射中560公里外的洛杉矶的一个篮框。要达到这准确度NIF的激光装置至关重要，整套设备必须零震动和零热涨冷缩。所有机械都追求完美 许多10吨重的设备必须安放在100微米的误差范围内。

这是国家点火装置内的一套升降系统，技术人员可利用它对靶室内部进行检查和维修。这个圆形靶室直径为10米，由10厘米厚铝质材料预制后焊接而成，上面覆盖厚厚的混凝土以吸收聚变反应产生的中子。靶室上的孔洞不仅允许192束激光进入靶室，而且也能让技术人员观察诊断情况。

这是国家点火装置130吨重靶室中最大的单一部件。6片对称和12片非对称组件先由西弗吉尼亚州雷文斯伍德铝轧厂浇注，然后运到法国克勒索卢瓦尔工业区由当地的巨型冲床加热定型，再运到宾夕法尼亚州纽约精密部件公司裁剪和拼接。这是靶室在劳伦斯利弗莫尔国家实验室安装时的情景。

1999年6月10日，直径10米的靶室正在劳伦斯利弗莫尔国家实验室吊装到位。用来安装这台球形真空容器的起重机也是世界上最大的。NIF的设计原理是让激光形成的极大高温高压作用于一小颗氢燃料球以启动核聚变反应。

在巨型靶室安装完毕之后，7层高的围墙和屋顶也将随之竣工。整套NIF装置有6万种不同的高科技设备，包含电路、高压电、光学、机械构造、自动透镜、能量感应器、监视器、激光、和一整套电脑诊断安全系统。建造的厂房长达一公里，里面设备的最终目的是让192台激光装置在十亿分之一秒内同时发射并击中铅笔头大小的燃料球，允许误差不能超过30皮秒（千分之一纳秒），要达到如此高的精准度，NIF激光装置的制造和安装至关重要：所有机械的制造都达到完美，重达10吨的设备安装时误差范围都在100微米之内，而且必须零震动和零热涨冷缩。

工人们正在国家点火装置靶室内安装设备。建造工作始于1997年，但由于问题诸多进展速度一直缓慢，同时因为参杂了与核武器相关的实验而招致批评，结果原本5年的计划却延宕了四次而且预算也严重超标，到目前已经耗资30.5亿多美元。NIF的科学家希望在2012年实现核聚变的既定目标，

这是国家点火装置内安放96台激光装置的镭射湾，混凝土结构的底座上是192束激光的通道。

这张照片摄于2002年1月，看到的画面是国家点火装置内安装的动力调节系统。该系统内的高压电缆总长度超过160公里，为7680盏闪光灯提供能源。

这是国家点火装置的2号镭射湾。激光光束在到达靶室前将穿越300多米的距离。2号镭射湾于2007年7月31日完工。

这是粗切成块的激光放大器玻璃薄片，NIF需要3072块。这种钕磷酸盐玻璃片由美国霍亚公司与肖特玻璃技术公司为劳伦斯利弗莫尔国家实验室专门制造。

这是2009年劳伦斯利弗莫尔国家实验室的技术人员约翰·霍利斯（右）和吉姆·麦克尔罗伊在安装摄像头。整套系统类似摄像头的可更换光学机械和控制系统模块有6,206个。第一个这样的闪光灯安装于2001年9月26日。

NIF需要的光学元件是磷酸二氢钾和氘磷酸二氢钾（DKDP晶体）大单晶。每个晶体被切成40平方厘米的薄片。用传统方法生产DKDP单晶体大约需要两年时间，不过随着快速生产KDP晶体方法的研发成功，该时间已经缩短到两个月。目前用这种方法生产的光学元件最大达到66×50厘米，重380公斤。NIF需要用传统方式生产的DKDP光学元件192个，用快速方法生产的KDP光学元件480个，75块晶体总重量接近100吨。

工人们正在靶室外工作。

NIF的技术员在查看终端光学检视系统（FODI）。利用诊断仪的机器人手臂可以把FODI送入10米直径的靶室，由此能得到所有192个光束线光学组件的清晰图像。

位于加州利弗莫尔国家点火装置的外观。该设施的建设工作完成于2009年3月，同年5月31日交付使用。

安装在靶室下半球内的终端光学组件，能进行特殊的光线调节、色彩转换以及色彩分离，还能将40×40平方厘米的光束聚焦到直径2×2毫米的目标上。

NIF毫米级的目标体必须精心设计和制作，以满足实验对表面密度、同心度和光洁度的精确要求。为制造小型复杂的激光驱动聚变点火器，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家和工程人员终于研发出精密装配机器。

2008年11月10日加州州长阿诺德·施瓦辛格参观了如同体育场般大小的NIF，陪同他的有NIF主任爱德华·摩西（左），和劳伦斯利弗莫尔国家实验室负责人乔治·米勒博士（右）。

这是NIF的终端光学检测系统，可以深入靶室内部产生所有192束光线的光学组件图像。

这是从靶室底部看到的目标定位器（7点钟位置）。来自NIF多台高功率激光器的脉冲在数万亿分之一秒内同时到达目标腔的中心，精确度相当于人类头发的直径。

这是在NIF目标腔内精确安装的目标定位器和目标定位系统。

这位女士手持一个带空腔的仪器。这个空腔是一个铅笔橡皮大小的球形容器，其大小与一颗胡椒相当，将要接受192束功率强大激光的轰击。

供NIF使用的一个金质空腔，是一个环绕聚变燃料舱的空心金属圆柱。它能将来自激光或粒子束的定向能转换成X线辐射能。

这是一个直径2毫米的铍涂层激光聚变靶，为了便于操作被固定在超薄塑料片中。在这个微型容器内注入的液体状氚和氘混合物将被冷冻至略高于18开氏度，即-255摄氏度。然后从顶部和底部射入空腔的192束激光所产生的X-射线将把容器加热至太阳那么高的温度。由此将产生令人难以置信的压力对容器内的燃料进行压缩，迫使里面的原子互相融合，从而释放出巨大的能量。

2010年10月6日装在NIF低温靶定位装置上带微型容器的空腔。两个黄铜色“手臂”将把冰冷的目标保护在怀中，直到轰击前五秒钟才松手。

定位器准确地处于靶室中心，并充当校正激光光束的参照物。

这是2010年10月6日试运行后留下的目标物遗骸。当时NIF装置发射的192束激光能量达到1兆焦耳，相当于10000盏100瓦的灯泡在一秒钟内消耗的能量。

这是一张NIF装置全貌的合成照片，三层楼高的建筑内围绕靶室挤满了激光器和诊断设备。

NIF和ICF
 
NIF用的燃料球填充有D-T气体或D-T结冰体。整粒胶囊使用细塑胶线固定在环空器之中.本设施名为"National Ignition Facility"明确表示"igniting"亦即采用点火方式启动核聚变是目的，也是第一种长期运转核聚变的研究之门。之前的非核武型核聚变实验只有使用等离子包覆的一种托卡马克装置，表示外部能量的输入必须全程不中断以维持等离子如果等离子层出现破洞将有极大灾难。点火式的好处就是一但开启核聚变可以自行聚变燃料球后就可以中断外部能量供应。因为链式反应的能量可以自动聚变剩下的材料。因此点火式成为目前最有希望迈入实用化的唯一途径。

NIF设计上首次采用indirect drive运作方法，激光全部能量集中在一个环状物中的小球。环状物称为hohlraum环空器（德文中的"空洞"、或洞穴），可以重复激发X光频谱，比传统激光光束更均匀对称。该理论是根据80年代OMEGA laser和Nova laser的实验结论.

 
镀金的环空器专为NIF打造。这种转换过程已经很有效率;原始的4MJ激光光束能量输出中大约10到20%的x光会在目标外层损失1.8MJ能量会转换成UV，另外一半多的能量会在环空器转成x光损失掉..[14]

NIF一直在测试新型材料。先前的试验多半采用塑胶烧蚀材料，例如聚苯乙烯（CH）. NIF的目标球外层是塑胶物质再喷上一层铍或铍铜合金，之后铍便会氧化塑胶.[15][16]与塑胶相比；铍制标靶对x光是高浓度不透明体，也是高传热体。这都有利于间接击中型机构设计的x光能量型态。使得更多的能量总值施加于内部核聚变本身

虽然NIF主要设计为间接击中装置，但它产出的能量完全足够使用直接击中法，只要能量激光持续照射于目标。因为UV波长的能量在NIF的设计中远超过点火所需。