“中国诺奖”颁百万美元大奖，他靠一束激光，成今年境内唯一得主

100万美元奖金，给了一束光。

 

9月12日，素来有着“中国诺奖”之称的未来科学大奖在京颁布了2021年该奖项的获奖名单，其中的“物质科学奖”颁给了“携光而来”的张杰院士。

 

张杰所携的光，是激光。

 

此前，他一直从事强场物理、X射线激光和“快点火”激光核聚变等方面的研究。

 

他领导的科研团队，也是目前国际学术界相关领域最有影响力的团队之一。

 

张杰院士 激光带来无限可能

 

未来科学大奖有关张杰院士的颁奖理由是这么写的：“大奖主要表彰他通过调控激光与物质相互作用产生精确可控的超短脉冲快电子束，并将其应用于实现超高时空分辨高能电子衍射成像和激光核聚变的快点火研究。”

 

对于普通人而言，官方的这套说法，可能听得云里雾里。

 

但只要抓住了里面的关键词——激光，想大致弄清楚这项关乎未来的重要研究，也并非不可能。

 

激光光束激光作为一种人造光源，曾被认为是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后人类的又一重大发明。

 

和自然光束不同的是，激光有很强的方向性和相干性，所以它可以把大量的光子集中在一个极小的空间范围和时间长度内发射。而这个特性，能让激光“指哪儿打哪儿”。有数据证明，激光的亮度约为太阳光的100亿倍。如果把强激光光束聚焦在靶材料上，焦点处所承受的压强就相当于在一根手指大小的面积上，放上10艘满载的尼米兹级航空母舰所产生的压强。

 

试问，这样的力量，谁不想利用？

 

考虑到激光光束高能量密度的物质状态和一些极端天体物理状态类似。利用激光模拟的极端物理环境研究天体物理，就成了一个比较热门的课题。甚至由此产生了一门新的学科——强激光实验室天体物理学。

 

张杰的研究，恰恰和强激光领域有关。

 

卢瑟福实验室20世纪90年代，张杰在英国牛津大学工作时，抓住机会利用卢瑟福实验室刚刚升级改造后的超短超强激光装置研究过一系列高能量密度最前沿的物理问题，并带领团队做出了世界上波长最短的饱和X射线激光记录——5.8纳米。

 

1999年回国后，在之前的基础上，张杰又和同事研制出了我国第一台瓦级飞秒激光装置——“极光一号”。随后，又陆续建造出“极光二号”“极光三号”。

 

成果加身，很快，回国不久的张杰就成了我国相关领域的领头人。也正是在他的推动下，我国的强激光实验室天体物理学才逐渐开始走进人们的视野。

 

再造小太阳

 

激光的应用范围很广，在天体物理之后，张杰很快注意到激光在能源领域的潜在意义，尤其是核聚变领域。

 

我们都知道，目前世界上大多数核电站采用的都是核裂变反应。它所释放的能量的确很强，但也会带来极强的放射性污染。谁能掌握核聚变反应，才是真正握住了未来的能源密码。

 

但核聚变有一个非常难攻克的部分——如何可控？

 

我们为数不多掌握的核聚变反应，比如氢弹，其能量大多都是瞬时爆发的。从以前的技术角度，科学家们很难把这种瞬时爆发的能量净输出加以利用。可张杰却觉得，激光或许可以。

1967年中国第一颗氢弹爆炸成功1964年前后，苏联的巴索夫、美国的J.M.Dawson和我国的王淦昌就已经提出用高功率脉冲激光来实现激光聚变。张杰在前人的研究基础上，觉得这个关键点在于核聚变的“点火装置”。

 

激光本来就能保持一种高能量密度的物质状态。如果借用激光驱动器提供的巨大脉冲能量，对核聚变燃料的靶丸加热，让其中的燃料升温发生电离，趁着其中的高温离子受自身惯性影响还来不及向四周飞散的极短时间，迅速向心爆聚并将其压缩到高温、高密度状态，促使其发生核聚变反应。

 

美国已在2010年开始了正式的相关点火实验。但尽管投入巨大，目前美国仍没有实现输出功率大于输入功率的目标。换句话说，想把核聚变反应作为能源之一使用，还有很长的路要走。

 

而这，也是张杰“快点火”研究的核心目标，更是目前各国主要攻关的重要课题之一。

 

张杰曾说，“自己的血液中流淌的是物理学的基因。”

 

那束激光会引领他成为第一个达到核聚变点火目标的人么？他很期待。

 

来源：澎湃新闻