背景技术：
1、早期，人类从木材、煤、石油和气体产物等天然材料中开发能源。不幸的是，燃烧木材和煤炭会导致严重的污染问题，包括给大气中增加不需要的碳颗粒。石油和气体产物也有类似的局限性，它们是导致“全球变暖”的主要原因。包括核能、风能、水力发电和太阳能在内的可再生能源前景辽阔。然而，这种可再生能源存在其他缺点。风能只有在刮风的时候才有效。太阳能在太阳落山时就无法使用。水力发电仅限于有水的地区，而核能虽然前景辽阔，但有产生废物和不可靠且危险的反应堆的重大问题。另一种有前景的能量源是聚变能。
2、聚变能是两个原子核融合在一起时产生的一种能量，这一过程中会释放出大量的能量。因为地球上的核聚变反应的燃料(主要是氢)储量丰富，而且核聚变反应不会产生温室气体或其他有害污染物，所以它被认为是一种潜在的清洁且储量丰富的能源。
3、实现聚变反应主要有两种方法：惯性约束聚变(inertial confinement fusion,icf)和磁约束聚变(magnetic confinement fusion,mcf)。
4、惯性约束聚变(icf)涉及利用高能激光或粒子束对小块氢燃料芯块进行压缩和加热，使其发生聚变。这种燃料通常是氢的两种同位素氘和氚的混合物。燃料容纳在小型球状腔里，该球状腔被称为黑腔，置于充满高能激光或粒子束的腔体中心。当激光或粒子束射向黑腔时，它们会产生一层均匀的x射线，均匀地加热和压缩黑腔内部的燃料，使得燃料达到聚变发生所需的温度和压力。
5、icf的主要优点是它可以用相对较少的燃料和相对较低的成本产生聚变反应。然而，这一工艺仍处于实验阶段，要成为实用的能量源，还存在重大的技术挑战。
6、磁约束聚变(mcf)涉及使用强磁场来约束和加热氢燃料的等离子体(高温电离气体)，使其发生聚变。最常见的mcf类型是托卡马克聚变(tokamak fusion)，它利用环形(甜甜圈状)腔体来容纳等离子体。等离子体通过流过腔体周围的一组线圈绕组的电流所产生的强磁场保持在腔体中心。通过粒子束或电磁波向等离子体中注入能量来加热等离子体。
7、mcf的主要优点是它有可能产生更大规模的聚变反应，从而使其更适合发电。然而，它的工艺比icf更加复杂且昂贵，要成为实用的能量源，也仍需要克服重大的技术挑战。
8、icf和mcf近年来都取得了重大进展，世界各地都有研究这些技术的实验平台。然而，如何实现聚变反应持续产生净能量(即聚变反应产生的能量高于引发和维持反应所需的能量)仍然是重大技术挑战。
9、人们还在探索其他聚变能的方法，如磁化靶聚变和介子催化聚变。然而，这些方法仍处于早期发展阶段。目前尚不清楚将聚变能作为能量源是否可行。
10、综上所述，聚变能有可能成为一种清洁且丰富的能量源，但其要成为实用的能量源，必须克服重大的技术挑战。
技术实现思路
1、根据本发明，一般地提供了一种聚变能发电技术。特别地，本发明提供了一种利用高强度脉冲或连续波激光产生系统来产生聚变能的系统和方法，以及相关方法。更具体地，本发明提供了一种同步光源，用于使用硼或氘和氚(dt)燃料靶的激光聚变。仅作为示例，本发明可应用于多种用途，包括发电、宇宙飞船、航行、海、陆、空的其他交通工具、国防应用(例如卫星、航空航天、陆地和导弹防御、潜艇、船艇)、生物技术、化学、机械、电气、通信和/或数据应用。
2、在实施例中，本发明提供了一种引发聚变反应的方法。该方法包括采用具有多个纳秒激光光源发射的第一脉冲功率密度的第一激光束，在预定时间内均匀且对称地照射燃料芯块，以均匀且对称地压缩靶材芯块。该方法还包括采用具有多个皮秒激光光源发射的第二脉冲功率密度的第二激光束，照射燃料芯块，以通过第一纳秒激光光源压缩靶材，然后引发聚变反应。这种使用两种激光脉冲源的技术被称为快点火，将点火温度显著降低一个或两个或更多个数量级。
3、在替代实施例中，本发明提供了一种用于引发聚变反应的聚变反应堆系统。该系统包括第一激光束，配置用于在预定时间内照射燃料芯块，该第一激光束具有多个纳秒激光光源发射的第一脉冲能量功率密度。该系统还包括第二激光束，配置用于采用第二激光束照射燃料芯块以引发聚变反应，该第二激光束具有多个皮秒激光光源发射的第二脉冲功率密度。在实例中，第一激光束在法布里-珀罗空腔内部。
4、根据实施例，本发明可以实现这些好处和/或优点中的一个或多个。在实施例中，本发明提供了一种聚变能系统和相关方法，该系统包括在紧凑且空间高效的系统中配置有反应堆的高强度脉冲或连续波(continuous wave,cw)激光系统。在实施例中，高强度脉冲或cw激光系统提供足够的能量来引发和维持反应堆内的聚变能。在实施例中，本发明提供了利用现有的高强度激光，通过有效的尺寸、重量和成本产生聚变能的优点。使用本装置和相关方法可以实现这些和其他益处和/或优点。这些益处和/或优点的进一步细节可以在本说明书中找到并且在下文中更加具体。
1.一种利用激光装置使用惯性核聚变反应堆产生能量的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个纳秒激光光源包括激光装置，所述激光装置配置为发射波长范围为350纳米至1070纳米的电磁辐射，其中，燃料靶至少包括氘和/或氚、硼、硼11同位素或质子-硼11同位素。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个皮秒激光光源包括激光装置，所述激光装置配置为发射波长范围为350纳米至1070纳米、频率为1赫兹至20赫兹的电磁辐射，其中，来自所述纳秒激光光源的第m增强脉冲由10赫兹的频率表征。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，多个空腔位于所述反应堆安全壳的内部区域内，并在空间上围绕所述外围区域配置，使得所述多个空腔区域中的每个空腔区域从所述外围区域的第一侧延伸至所述外围区域的第二侧，所述第一侧与所述第二侧相对，并沿所述内部区域的直径形成线性路径，从而所述多个空腔区域形成轮辐配置，所述每个空腔区域具有与所述反应区域同心的中心区域，并且每个空腔区域的第一端连接到所述外围区域的第一侧且每个空腔区域的第二端连接到所述外围区域的第二侧，其中，n大于1。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个皮秒激光光源的频率为1赫兹至10赫兹。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用连接到所述反应堆安全壳的燃料芯块分配器，所述燃料芯块分配器配置为以1赫兹至10赫兹的速率注入所述燃料芯块。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，第m增强脉冲、所述每个皮秒激光光源和芯块分配器以10赫兹的频率同步。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，每对反射镜装置在纵向方向上沿空腔长度方向，从10厘米到100厘米空间可调；其中，所述空腔长度由每对反射镜之间的空间长度限定，所述空腔长度大于所述反应堆安全壳的直径。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个空腔区域中的每个空腔区域的长度为150米。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应堆安全壳由范围为1米至50米的直径表征。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个皮秒激光光源包括10个小型皮秒激光光源，所述每个小型皮秒激光光源的脉冲能量约为1千焦，频率为10赫兹。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个皮秒激光光源的脉冲能量约为10千焦，频率为10赫兹。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个皮秒激光光源聚焦到所述燃料芯块上的预定光斑尺寸，得到大于1×1020瓦/平方厘米、或大于1×1021瓦/平方厘米、或大于1×1022瓦/平方厘米的脉冲功率密度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个纳秒激光光源的脉冲能量约为0.1焦，频率为1兆赫兹。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，第m增强脉冲的脉冲能量约为10千焦，频率为10赫兹。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，n大于100。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，来自纳秒激光光源对的第m增强脉冲聚焦到所述燃料芯块中，使得所述预定光斑尺寸的大小与所述燃料芯块基本相同。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述预定光斑尺寸范围为1mmφ至5mmφ。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述能级由脉冲功率密度在所述燃料芯块上大于1×1013瓦/平方厘米而表征。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述能级由脉冲功率密度在所述燃料芯块上大于1×1014瓦/平方厘米而表征。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述能级由脉冲功率密度在所述燃料芯块上大于1×1015瓦/平方厘米而表征。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述能级由脉冲功率密度在所述燃料芯块上大于1×1016瓦/平方厘米而表征。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述纳秒激光光源的第m增强脉冲照射在所述燃料芯块上，压缩所述燃料芯块，时间段为1纳秒至20纳秒，对所述燃料芯块进行压缩后，功率密度高于所述纳秒激光光源所表征的所述皮秒激光光源以所述预定光斑尺寸照射到所述燃料芯块上以进行点火，其中，所述预定光斑尺寸小于所述燃料芯块上的第m增强脉冲的光斑尺寸。
24.一种惯性聚变反应堆系统，包括：
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述多个皮秒激光光源围绕所述中心区域按一定图案排列；多个法布里-珀罗空腔围绕所述中心区域对称排列并形成轮辐图案，轮毂与所述反应区域同心；其中，n的范围为1至20，m的范围为50至500。
26.一种引发聚变反应的方法，所述方法包括：
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第二激光束在预定的时间内照射，其中，所述第二脉冲功率密度大于所述第一脉冲功率密度。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述每个纳秒激光光源由范围为1纳秒至20纳秒的纳秒脉冲时间表征；其中，所述每个皮秒激光光源由皮秒脉冲时间表征。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，皮秒脉冲利用可变形反射镜改善激光功率密度分布后聚焦到所述芯块上。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，纳秒脉冲和皮秒脉冲利用凹面镜聚焦到所述芯块上。