美媒：中国新型核研究装置可能在核竞赛中取胜

美国《国家利益》杂志网站12月4日刊登文章《看到这仗怪异的照片了吗？这是中国升级核竞赛的新办法》。下面是文章部分翻译：

欢迎观看中美军备竞赛的最新赛场：用于研制下一代核武器的巨型科学装置。

美国Z装置启动瞬间，设备之间的电火花

聚龙一号的同类照片

……中美之间最大差距在照相技术……

报道称，《南华早报》透露，中国科学家表示他们正在绵阳建造新的Z箍缩研究装置。目前世界上最大的同类设备是美国桑迪亚实验室的“Z装置”。这种装置的主要用途是创造引发核聚变所需的环境——但是是在实验室中可控的安全环境之下。中国的新型实验装置的规模将数倍于美国的“Z装置”。

桑迪亚实验室在其公开网站上宣称：“Z装置能够创造出世界上任何其他地方无法找到的实验环境”。

但很快，坐落在中国西南部的城市绵阳，中国工程物理研究院就会拥有比它更理想的实验环境，而且这这个研究院也是中国核武器的主要研究单位。

据报道，一位中国科学家对《南华早报》表示，这个新的Z箍缩装置“设计上能够在瞬间发出60兆焦能量——这是桑迪亚实验室那个装置产生的2.7兆焦能量的22倍。它能够将强大的电流发射到一个线圈上，这个线圈由几百根比头发丝还细的钨丝绕成，强大的电流瞬间让钨丝爆炸、蒸发并创造出一团等离子体，在一个极强的电磁场约束下，爆炸产生的例子被迫向内坍缩，创造出高密度的辐射——大部分是X射线——这个环境能够更准确的模拟核爆炸的环境。”

“通过如此巨大的能量，我们可以将一个靶丸加热到1亿摄氏度”，这位中国核物理学家表示，“桑迪亚的那台机器相比之下就像是个侏儒。”

《国家利益》杂志向桑迪亚实验室方面进行了咨询，该机构的发言人表示，尽管他们的研究人员已经注意到中国这个项目，但目前不能对此发表任何评论。

下面就不翻译了，因为显然《国家利益》杂志的编辑搞不懂Z箍缩和惯性约束聚变研究对于下一代核武器的意义，而是在那里大谈美国拥有“7000枚核武器”，比中国多很多，所以就算中国有了超级Z箍缩研究设施美国也不用怕巴拉巴拉……

送你一张普京的鄙视——俄罗斯早在2004年就已经设计完成输出电流50MA（与绵阳的新Z箍缩装置类似）的“贝加尔”装置（美国Z装置为27MA）（俄罗斯这个规划已经提出很多、很多年了……目前进展情况不明，据称已经开工），美国方面是否下一步也会跟进不清楚。

其实呢，我国的Z箍缩装置也不是凭空石头缝里蹦出来的，此前我国已经研制了“阳”、“强光1号、2号”等Z箍缩研究装置，而目前这一领域我国已经建成的最强Z箍缩装置是“聚龙1号”，输出电流8-10MA。

与美国、俄罗斯同类的装置相比，“聚龙1号”的设计方案有自身的特点，技术水平美国“Z装置”相近，比俄罗斯的“安加拉河”-5-1装置要先进（此前我国与俄罗斯开展了“中俄Z箍缩联合实验，在“安加拉-5-1”上进行过实验）。

（……这个故事有点像《球形闪电》里研究球形闪电的故事啊……呵呵）

俄罗斯“安加拉河”-5-1实验装置，中国的Z箍缩技术就是通过租用这一设备开始的

根据现有的理论计算，物理学家们通常认为，要实现在实验室条件下的聚变点火，脉冲功率驱动器的驱动电流应该在40-50MA以上，因此这个级别的Z箍缩装置将是向惯性约束核聚变推进的另一条关键技术线。（另一条是激光点火，也就是“神光”和“国家点火”研究的那一条）

2018年中国《科学网》发表文章，“10月16日，在兰州大学举办的2018年‘一带一路’西部核能发展科教融合高端论坛上，中国工程院院士、中国工程物理研究院研究员彭先觉向记者透露了他和团队关于Z-箍缩驱动聚变裂变混合堆研究的最新进展。他们预计，2025年左右将建成50兆安Z-箍缩驱动器实验装置，以此验证聚变和次临界堆关键技术。届时，这将成为中国人工大规模实现热核聚变的突破。在此基础上，2035年左右将有可能建成百万千瓦级工程演示混合堆。”

这里说的50兆安Z-箍缩驱动器实验装置，也就是《南华早报》报道和这次把《国家利益》吓到了的“超级Z装置”。

在讲话中，彭先觉表示“所谓Z-箍缩驱动聚变，就是利用数十MA大电流（Z方向流动）通过金属柱形薄套筒产生的巨大洛伦兹力（磁压强度达百万大气压以上）推动套筒等离子体高速径向内爆（箍缩），并以每秒数百公里的速度撞击聚变靶丸，把动能转化为实现聚变所需的辐射能（X射线）和物质内能。1997年，美国圣地亚国家实验室在Z-箍缩实验上获重要进展，他们用20MA电流获得了近2MJ的X射线能输出。这一里程碑成果使研究惯性约束聚变的物理学家大受鼓舞。中国工程物理研究院从2000年便注意到了Z箍缩研究的重要意义，并为此组织了相关研究团队，开始了核聚变能源的探索研究。2008年秋，彭先觉在积多项研究成果的基础上提出了Z箍缩驱动聚变裂变混合堆（Z-FFR）的概念。到2016年底，团队已对Z-FFR所涉及的各个方面，进行了非常深入的理论 、设计和部分分解实验研究，完善了设计方案，重要的是并未发现方案在物理、技术、工程、材料等诸方面有不可逾越的障碍。与当前国际国内所有核能概念进行了比较之后，团队形成了如下认识：

（1）核能有能力成为未来规模(基荷)能源的主力；

（2）当今的Z箍缩技术，能够最经济、最简便地创造大规模聚变的条件，特别LTD技术路线提出来后，可以解决作为能源应用的重复频率运行问题；

（3）团队创造性提出的“局部整体点火”聚变靶概念及与之配套的负载、靶设计技术及能量转换技术，可确保实现聚变点火，并可适应未来能源应用的要求；

（4）团队创造性提出的“次临界能源堆”概念及一系列创新、有效的技术措施使Z-FFR在简便、安全、经济、持久、环境友好等方面都具有非常优良的品质，能够成为未来最具竞争力的千年能源；

（5）由于安全性的完满解决，Z-FFR可靠近城市建造，因而可方便地实现热电联供，并将大大提高能源的利用效率；

（6）团队提出的三回路水准闭式循环和堆放射性高屏蔽方案，为堆建造场址的选择和长期应用提供了极大的方便。

（5）和（6）的结合，为改变未来规模能源的布局（主要采用分布式，提高电网的安全性）创造了条件。

彭先觉说，上述这些关键技术解决方案的提出，使我们看到了一种有效应对未来能源危机和环境、气候问题的新能源曙光。

而当然这里说的还只是远期的关于使用Z箍缩装置实现惯性约束可控核聚变发电的未来设想。

而在核武器领域，Z箍缩原理可能带来的最直接的一个突破就是——不需要核裂变扳机的聚变核炸弹。

目前大家知道，核军控领域，推测一个国家核武器制造潜力的最简单的方法就是推测其核裂变材料的储备量。

中国20世纪70-80年代主要使用位于兰州等地的气体扩散工厂进行高浓缩铀的生产，由于气体扩散法的耗电量极大，而且运行的迹象明显，因此美国可以搜集到中国高浓缩铀的大致产量。

据估计，中国储备的裂变材料足以制造数千枚裂变扳机——这和美俄储备了可以制造数万枚核弹相比就有点差距，虽然近年来中国建立了商业化离心式浓缩装置，但从它的运转情况，仍然可以基本了解中国核武器发展的“上限”。

通过对靶丸的轰击，可以获得一些原本在实际核试验中才能收集的数据，然后用于计算机核试验，研制新一代核武器

而现在条件下，Z箍缩装置设计的最初想法就是模拟核爆炸瞬间的环境，为计算机核试验搜集数据——因为现在各大国签署了全面禁止核试验条约，不能进行实际试爆，只能用模拟的方法来搜集数据。

另一方面，虽然五大国都已经拥有氢弹，但对于成功引爆氢弹过程中的一些细节机理，仍然处于“经验科学”状态，如果不进行新的核试验，将无法发展下一代的核武器，但通过Z箍缩装置模仿核爆炸瞬间状态，或许就可以揭开爆炸过程中的关键机理，从而可以跳过裂变级，直接用常规炸药引发核聚变——换句话来说，第四代核武器可能就没有“裂变扳机”——这也意味着这种核武器更加“清洁”。

如果能实现这一点，将可以有几个重要的改变，第一是可以进一步实现核弹小型化，第二是通过监控核裂变材料储备量估算核武器“上限”变得毫无意义，第三是可以提高核弹的可靠性和储存寿命——目前核武器储存寿命一般不超过十年，因为裂变材料会在衰变过程中出现裂缝、气泡，在寿终前需要对其进行重新加工，相当于造一枚新的弹头。

那么这会带来什么影响呢，各位读者这么聪明需要我来点破么？