上海交大校长张杰获激光核聚变领域国际最高奖爱德华·泰勒奖[图]

[发布时间]: 2015年09月29日

　　2015年9月24日，中国科学院院士、激光等离子体物理学家、上海交通大学校长张杰，在美国西雅图被美国核物理学会授予2015年度爱德华·泰勒奖，以表彰他及他所带领的团队在快点火激光聚变研究和在强激光实验室天体物理研究上的重要贡献。这是我国科学家首次荣获激光聚变领域的国际最高奖项，为我国的相关研究赢得了荣誉。  

　　颁奖礼上，张杰对他先后在牛津大学、中科院物理所和上海交通大学的三个研究团队的同事致谢，并在最后感谢自己的父母。9月25日，张杰在大会上做泰勒奖特邀主题报告，和与会同仁分享了他所从事的激光等离子体研究。   

　　爱德华·泰勒奖是美国核物理学会设立的以“氢弹之父”爱德华·泰勒命名的核聚变能源领域最高奖项，每两年在国际惯性聚变科学与应用大会上颁发，每次授予两名杰出科学家，奖励他们在运用激光和粒子束产生高温高强物质来进行科学研究及可控热核聚变上的前沿研究和领导力。   

在地球上创造“微型太阳”

　　数十年来，全球科学家一直梦想着在地球实验室里实现太阳的聚变反应，以获得取之不尽的清洁能源。相比当前人类采用的裂变式的核能，聚变反应更加高效，而且几乎不会带来放射性污染等环境问题。聚变燃料可直接取自海水中富含的氚和氘，如果每升海水中所蕴含的氘和氚发生完全的聚变反应，能产生相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算，根据目前世界能源消耗水平和海水存量，聚变能可供人类使用数亿年，甚至数十亿年，因此，聚变能被看作人类的终极能源。  

　　然而如何控制聚变反应，实现持续的能量净输出，则是科学界一直聚焦的重大科学问题。激光聚变是实现受控核聚变的一种途径。为了实现核燃料的持续燃烧，人们先后提出了中心点火激光聚变和快点火激光聚变等物理方案。其中快点火方案有望大幅降低驱动激光的能量和激光等离子体的不稳定性，因此受到了世界范围的广泛关注。如果用汽车发动机的工作原理来比喻，中心点火方案相当于柴油发动机，在压缩汽化燃料的同时实现升温至自燃；而快点火方案则与汽油发动机原理类似，将燃料压缩到一定程度后，由火花塞点火。快点火方案中，超强加热激光脉冲产生的大量高能超热电子，给预先压缩的氘氚燃料快速加热到聚变温度的过程，就相当于汽油发动机中的点火过程。所以，在快点火物理方案的研究中，超热电子的定向产生和可控传输是快点火激光聚变成功的关键。   

　　张杰带领的研究团队，对这个问题进行了深入系统的研究，实现了超热电子束流的定向产生和准直传输，为深入理解和控制快点火激光核聚变过程作出了重要贡献。   

在小实验室里重现“大宇宙”

　　宇宙中各种天文现象、天体物理过程及其丰富，有些现象和人们的生活密切相关。以太阳耀斑为例，其对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸，地球大气层即刻出现缭绕余音。太阳耀斑爆发时，会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。无线电通信尤其是短波通信，以及电视台、电台广播，会受到干扰甚至中断。会干扰地球磁场而引起磁暴。此外，太阳耀斑爆发是对地球有非常严重的影响。正由于如此，长期以来，人们一直将揭开耀斑爆发的奥秘作为天体物理前沿研究的焦点。我们当然无法登上太阳去观测研究这种现象，但是我们却可以通过激光实验在实验室中重现这样的现象，从而深入揭示这些宇宙奥秘。   

　　长期以来，天文学家对天体现象的主要研究方法是被动的远距离观测和理论模拟。高功率激光技术的快速发展给天体物理研究带来了新的机遇。利用高功率激光装置，人们能够在实验室中创造与天体现象相似、前所未有的极端物理环境，为科学家们在实验室中对天体问题进行主动、近距、可控的研究提供了新思路和新方法。   

　　张杰领导的国际联合研究团队在国内开创了实验室天体物理研究的新领域，在对黑洞周围的光电离、太阳表面的磁重联和喷流、超新星爆发导致的无碰撞冲击波等重要天体物理前沿问题的研究中，取得了多项重要突破，受到国际同行的高度评价。   

　　鉴于他的学术成就，张杰于2003年当选为中国科学院院士、2007年当选为德国科学院院士、2008年当选为第三世界科学院院士、2011年当选皇家工程科学院外籍院士、2012年当选美国科学院外籍院士。 

[作者]: 徐骏 
[摄影]: 
[供稿单位]: