信号暴涨十亿倍！激光交叉技术引爆聚变诊断革命

探索宇宙奥秘 · 理性思考

2026年2月5日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）传来重磅消息。科学家们找到了一种测量等离子体的全新方法。这种方法的信号强度，比传统技术高出整整十亿倍。这就像是从听蚊子叫，变成了听喷气式飞机起飞。 这项突破将极大助力人类对“人造太阳”的探索。

想要理解这项突破，我们得先聊聊老办法。

在核聚变研究中，等离子体是核心。它是超高温的带电气体云。为了控制它，科学家必须时刻监测它的温度、密度和流速。

几十年来，大家主要靠“汤姆逊散射”技术。

原理很简单。用一束激光射入等离子体，光子会撞击电子并散射回来。科学家通过分析这些散射光，就能推算出等离子体的状态。

听起来很完美，但现实很骨感。

这个信号的强度实在太弱了。

在利弗莫尔实验室的物理学家皮埃尔·米歇尔看来，这简直是在“听噪音”。每发射十亿个光子，只有一个能散射回来被探测器捕捉。

这导致信噪比极低。背景噪音稍微大一点，有效信号就被淹没了。

而且，测量过程非常耗时。为了获取不同参数，往往需要进行多次激光射击。对于像美国国家点火装置（NIF）这样繁忙的实验设施来说，时间就是金钱。多次射击不仅成本高昂，每次射击间的等离子体状态变化还会影响数据的准确性。

新方法的核心，在于两束激光的“相遇”。

科学家将这项技术称为“交叉束能量转移”（CBET）。

实验中，他们使用一束高能“泵浦”激光射入等离子体。同时，他们用另一束较弱的“探测”激光与之交叉。

这束探测激光经过特殊处理，包含多种颜色的波长。

神奇的事情发生了。当两束激光在等离子体中交叉时，它们会通过等离子波交换能量。

在这个过程中，泵浦激光的能量会转移给探测激光。

更重要的是，等离子体的状态信息，就像盖章一样，被清晰地印刻在了探测激光的光谱上。

这彻底改变了游戏规则。

传统汤姆逊散射只能收集微弱的散射光。而新方法则是直接收集经过能量增强的探测光。

信号强度因此提升了十亿倍。

研究人员安德鲁·朗曼透露，信号太强了，他们甚至不得不加装滤镜，把光线衰减一万倍，以免烧坏相机。

“以前是我们愁光不够，现在是我们愁光太多。”朗曼说。

此外，这项技术只需要一次射击就能全面测量。探测激光的宽带光谱涵盖了所有需要的参数范围。这极大地提高了实验效率。

这项技术的诞生，并非一蹴而就。

早在2019年，LLNL的团队就提出了理论构想。当时，约书亚·路德维格还是一名暑期学生。他在导师米歇尔的指导下，提出了利用CBET进行诊断的想法。

转机出现在Jupiter激光设施（JLF）的升级项目中。

实验室引入了一种名为“STILETTO”的先进激光脉冲整形技术。这项技术能以极高的精度塑造激光脉冲的时空形状。

朗曼加入了团队，并设计了利用STILETTO验证理论的实验。

2025年初，实验正式开始。

虽然调试过程花费了六七周，但结果令人震惊。第一次实验就完美验证了理论。

这种新方法操作起来也相对简单。朗曼形容，这就像是用红光笔指路，然后对准光谱仪一样。相比需要丰富经验和技巧的汤姆逊散射，这要容易得多。

这项成果发表在《物理评论快报》上。它不会完全取代汤姆逊散射，但将成为一种极其强大的互补工具。

特别是在NIF这样的巨型装置上，它将帮助科学家更精确地控制内爆的对称性，从而实现更稳定的聚变点火。

看到美国在聚变诊断领域取得这样的突破，我们自然会关心：中国现在怎么样了？

中国在惯性约束聚变（ICF）领域处于世界第一梯队。

我们拥有“神光”系列高功率激光装置。其中，“神光-III”是目前亚洲规模最大、性能最强的激光驱动器。

在等离子体诊断技术方面，中国科研力量雄厚。

中物院激光聚变研究中心、上海光机所等单位，长期深耕于汤姆逊散射诊断技术。我们已经建立了完善的诊断系统，能够对等离子体进行多维度测量。

对于CBET（交叉束能量转移）现象，中国科学家也研究得很深。

不过，此前的研究重点多在于如何“抑制”或“利用”这种能量转移来改善内爆对称性。这与LLNL此次将其作为“诊断工具”的思路有所不同。

但这正是科学进步的体现。

LLNL的这次突破，为全球聚变研究提供了一个全新的视角。

中国有着扎实的激光技术和理论基础。面对这种新原理，我们有足够的实力快速跟进、消化，并在此基础上进行再创新。

事实上，中国科学家在激光等离子体相互作用、非线性光学等基础领域积累深厚。

随着“神光”系列装置的升级和各类新型诊断设备的研发，中国正在逐步缩小与美国在顶级实验条件上的差距。

未来，这种高信噪比的诊断技术，极有可能在中国的聚变装置上得到应用。

这不仅有助于我们理解恒星内部的奥秘，更将推动“人造太阳”早日点亮。