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美国宣布核聚变实现历史性突破

14/12/2022 - 02:13


美国加利福尼亚劳伦斯-利弗莫尔国家实验室周二宣布,核聚变取得重大突破。这一宣布带来了巨大希望。数十年来,全球科学家试图开发核聚变,支持这一研究的科学家认为,掌握核聚变技术,可以使人类不再依赖导致气候升温的化石燃料。

位于加州的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)是美国能源部的一部分,它在一份声明中说,上周的一项实验 "从聚变中产生的能量超过了用于引起反应的激光能量"。能源部部长格兰霍姆在一次新闻发布会上说,这一成功将 “载入史册”。

目前,核电站使用核裂变,其工作原理是分裂重原子的原子核,从而释放出能量。而核聚变则使两个轻核融合在一起,形成一个更重的核。这就是为恒星提供动力的反应,包括我们的太阳。由于那里普遍存在的极端热量和压力条件,氢原子融合成了氦,在这个过程中产生了巨大的能量。在地球上,这一过程可以通过超强的激光器来实现。

什么是核聚变

 

来自星球的能量

核聚变与核裂变不同,后者是目前在核电站中使用的技术,涉及打破重原子核的结合。

核聚变是一个相反的过程:两个轻原子(氢)融合在一起,产生一个重原子(氦),从而释放能量。这就是在恒星中起作用的过程,包括我们的太阳。

物理学家阿瑟-特瑞尔(Arthur Turrell)、《恒星建设者》一书的作者在推特上写道, "控制恒星的能量来源是人类有史以来最伟大的技术挑战。"

两种不同的方法

只有将物质加热到极高的温度(1.5亿度左右),聚变才有可能。法国原子能委员会(CEA)的项目负责人Erik Lefebvre表示,"我们因此必须找到方法,将这种极热的物质与任何可能将其冷却的东西隔离开来。"

第一种方法是通过磁约束进行核聚变。在一个巨大的反应堆中,轻氢原子(氘和氚)被加热。然后材料处于等离子体状态,是一种密度很低的气体。它是通过磁场控制的,在磁铁的帮助下获得。

这是目前正在法国建设的国际ITER项目将使用的方法,也是牛津附近的JET(欧洲联合环形山)使用的方法。

第二种方法是惯性约束。在这里,非常高能量的激光被送入一个顶针大小的圆筒内,里面装有氢气。

这就是法国的 "兆焦耳激光"(LMJ),或该领域最先进的项目--美国国家点火设施(NIF)所使用的技术。美国加利福尼亚国家实验室正是通过后者进行了历史性的实验,首次实现了能量的净增长。

到目前为止,使用激光的实验室的目的更多的是为了证明物理原理,而第一种方法则是为了重现接近于未来的配置。

还有多长的路要走

Érik Lefebvre认为, "在工业和商业规模可行之前,还有很长的路要走"。据他说,这种项目还需要20或30年才能完成。

美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室主任Kim Budil在周二表示,可能是 “几十年”(但少于五十年)。"现在,我们利用激光已经实现了净能量的增加,我们需要想办法让它变得更简单。"

仍然需要许多技术上的改进:产生的能量必须增加,而且操作必须是每分钟可重复多次的。

科学界为何如此期待核聚变?

专家指出,与核裂变不同,核聚变不会有发生核事故的风险。

此外,核聚变产生的放射性废物极少,最重要的是,它不会产生温室气体。

Lefebvre总结说:"这是一种完全无碳的能源,产生的废物非常少,而且本质上非常安全。这使得它成为 "世界能源问题的未来解决方案"。

对许多人来说,核聚变是未来的能源。


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