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人造太阳实现能量盈余十分遥远的希望

发布时间:2019-08-15 18:36:10

  太阳这颗大火球发光发热,靠的是核聚变反应。这种反应其实人类也实现过 氢弹,可在瞬间产生大量热能,但尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内,根据人们的意图有控制地产生与进行,即可实现受控热核反应。

  据相关媒体报道,美国研究人员在受控核聚变的实验中,取得一项关键进展,首次在核聚变实验 点火 时,实现了能量 盈余 。虽然只持续了短短的一瞬,但这项实验令外界看到可控核聚变得以实现的希望,或还可以模拟类似恒星内部的环境,开展相应的基础科学研究。

  NIF制造出 微型太阳

  核聚变和核裂变,这两个词估计大家并不陌生。简单来说,核聚变就是小质量的两个原子核,合成一个比较大的原子核;核裂变就是一个大质量的原子核,分裂成两个比较小的原子核。在这两种变化过程中都会释放出巨大的能量,而核聚变释放的能量更大。

  目前核电厂是通过核裂变发电,那是不是也能有通过核聚变来发电的核电厂呢?据资料显示,核聚变是任何已知的产生能量过程中,最高效的一种,核聚变燃料可以从自然界获得,且几乎没有产生有毒副产品或发生核熔毁的风险。

  人类已经实现了不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸,这让人们意识到了核聚变的力量。但是要想让这种核聚变能量受到控制,并被有效利用,即实现受控核聚变(俗称 人造太阳 ),条件却非常苛刻 原子核要在超高温和高压下相互融合。

  引发核聚变反应,首先要向核燃料中输入能量,可以理解为 点火 。只有让核聚变产生的能量,超出 点火 所消耗的能量,才能将其作为有效的能量来源。太阳中心温度高达1500万摄氏度,还有巨大的压力,而在地球上无法获得那么大的压力,要想 点火 ,只有通过大幅度提高温度来弥补。

  美国能源部下属的劳伦斯利弗莫尔国家实验室,成功复制了这一制造能量的过程,创造了一颗 微型太阳 。该实验室的物理学家哈瑞肯和他的研究团队,使用全世界最强力的核聚变装置 国家点火装置(简称NIF),朝一个豆粒大小的靶标发射激光,触发了核聚变反应,在不到一秒钟的时间内,释放出了巨大的能量。

  首次实现能量 盈余

  据研究人员报告说,他们在实验中先将极少量的氢同位素核燃料,均匀裹在一个直径2毫米的球状颗粒上,核燃料的厚度仅相当于一根头发丝,然后将小球装入一个微型 胶囊 中。研究人员利用激光,将 胶囊 迅速加热到比太阳还高的温度,使其内部发生剧烈爆炸。

  此前的实验中发生内爆后,球状颗粒通常会变形,降低了能量持续产生的效率。而此次实验取得这一新进展的关键,就在于更加精准控制了核燃料在球状颗粒表层的铺设,使核聚变中产生的氦原子核,可将能量再次转移至核燃料中,引发进一步的核聚变反应,从而产生更多能量。

  这一研究论文于2014年2月1 日发表在《自然》杂志上,论文第一作者、劳伦斯利弗莫尔国家实验室物理学家哈瑞肯说,通过使用这种技术,他们在全世界范围内,首次实现了燃料释放出的能量,超出了输入燃料的能量,也就是首次在完成 点火 时,实现了能量 盈余 。这是实现控制核聚变切实可行的前提条件,说明了只要激光与劳伦斯利弗莫尔国家实验室所用的激光有类似尺度,就有可能实现核聚变 点火 。

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