美國突破「氘—氚」核聚變:是目前世界最強輻射源能量五百倍

2020-11-26 澎湃新聞

美國突破「氘—氚」核聚變：是目前世界最強輻射源能量五百倍

張夢然/科技日報

2016-11-17 07:32 來源：澎湃新聞

「Z機」(Z machine)。 圖片來自網絡

核聚變研究進入全新階段。據美國《科學》雜誌在線版11月15日消息稱，美能源部下屬桑迪亞國家實驗室日前在其世界最強輻射源——「Z機」（Z machine）裝置內開啟了氘—氚受控核聚變實驗。當未來氘—氚比例達到50∶50時，它所產生的能量將是現有最大能量的500倍。

受控核聚變若能成功，幾乎能使人類擺脫能源危機的困擾。其所需的原料——氫的同位素氘從海水中就可以提取，據估測，1升海水中提取出的氘若完全參與聚變反應，放出的能量相當於300升汽油燃燒釋放的能量。而氫的另一種同位素氚，又名超重氫，半衰期為12年，極為珍貴和危險，但它與氘之間的聚變卻最為容易，遠遠勝於目前常見的氘—氘聚變。

研究團隊將氚—氘的混合物加注到設備燃料中，在加入氚之後，「Z機」會激發出更大的能量，其原本已經很驚人的產生中子數上限將得到前所未有地大幅飆升，當燃料與強電磁場融合時，中子數會提高60倍至90倍，新混合燃料產生的能量也將是原來的500倍。

然而，這種方式不能一蹴而就，在實驗中第一次添加的氚僅用了不到氚總量的0.1%，在接下來5年中，繼續添加到燃料中的氚和氘比例才能達到50∶50。

該項目團隊高管邁克·庫尼奧表示，創造出如此巨大能源的設備此前從未出現過。與位於勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置（NIF）不同的是，「Z機」的磁場可以約束出現的α粒子，並沿著場線將它們捕獲，從而匯集更多的能量來維持聚變。

不過，氚分子體積太小容易滲透到設備的任何部位，使用時需在設施控制以及輻射防護方面達到相當高的要求，實驗必須非常謹慎地進行，團隊也將在可控制的情況下逐漸增加燃料投放比例。

（原標題：美核聚變研究開啟「氘—氚」新時代 世界最強輻射源能量將放大500倍）

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  • 人類研究可控核聚變使用的是氚–氘,可以使用其他元素嗎?
    理論上任何低於鐵的元素都可以進行核聚變反應，並釋放大量能量，但是目前人類引發核聚變的手段，主要靠提高溫度，在所有核聚變當中，氫元素的核聚變反應所需溫度最低，其中又以氘-氚的聚變最容易實現。但是各種元素發生聚變的條件不一樣，這些條件包括溫度、壓力、等離子體溫度、約束時間等等，人類目前的技術手段，主要靠提高溫度來點燃聚變反應，其中氫元素的核聚變反應所需溫度最低，大約需要1億度，太陽內部的壓力超過1000億個大氣壓，在這樣的超高壓條件下也需要700萬度。
  • 人類為什麼非要在「氚–氘」核聚變一棵樹上吊死?其他核聚變呢?
    人類能夠實現的核聚變主要是用的氫元素的兩種同位素氘和氚，氫元素的原子核裡只有一個質子，有一個中子的是氘，有兩個中子的是氚，沒有中子的是氕。哪些元素可以通過聚變釋放出能量，哪些元素可以通過裂變釋放出能量與比結合能有關。一般而言，比結合能越小，就越能夠聚變成新元素，並且釋放出的能量也相對較多。如下圖所示，氘的比結合能較小，非常適合用來做核聚變材料。
  • 可控核聚變鍾愛誰?氕氘氚中為何選擇了這種?
    核聚變是較輕的兩個原子核在一定條件下融合為一個較重的原子核並釋放出能量的過程。太陽上進行著核聚變並向外釋放著能量，人類使用的能源有很大的比例歸根到底就是來自於太陽能。目前人類雖然能夠依靠核聚變製造出氫彈，但是氫彈是不可控的，釋放的巨大能量並不能被人類利用。
  • 強流中子源HINEG產生十二次方氘氚聚變中子—新聞—科學網
    中科院核能安全技術研究所
  • 美國實現可控核聚變新突破 減輕化石能源依賴
    在高溫、高壓和強磁場的條件下，兩個質量小的原子——比方說氘和氚——會發生原子核互相聚合作用，同釋放出巨大能量。核聚變技術的研究有望減輕人類對化石能源的依賴。高壓是核聚變發生的重要條件之一。麻省理工學院的研究人員目前成功在核聚變反應堆中實現了2.05個大氣壓的突破。這比上個世界紀錄（產生於2005年）提高了15%。
  • 核聚變將最終成為未來的能源嗎?
    按目前世界能量的消耗率估計, 地球上蘊藏的核聚變能可用100億年以上。因此從原理上講, 聚變能可以成為人類取之不盡、用之不竭的能源。實際情況真的如此嗎?人類離可控核聚變還有多遠?《科學通報》發表中國原子能研究院研究員陳永靜撰寫的「核聚變將最終成為未來的能源嗎?」一文，介紹了核聚變基礎知識和可控核聚變的發展及現狀。
  • 可控核聚變材料提取和環流器均有新突破
    可控核聚變，是全世界公認的未來綠色潔淨能源，而且不產生核廢料。可控核聚變是核領域專家普遍認可的，可以實現清潔無窮能源的有效途徑，其將讓全球能源短缺問題得到根本性的解決。可控核聚變反應最基礎的原料就是氘原子和氚原子。氚通過中子和鋰反應就可以大量獲取。而氘在大氣中含量不多，主要是在海水中提取。每升海水中蘊含的氘含量是0.03克，其完全核聚變反應中爆發的能量可以媲美300升汽油。
  • 新一代「人造太陽」反超美國,中國會不會率先實現可控核聚變?
    現在科學家們通常用作為核聚變的原料主要是氫的兩個同位素氘和氚 ，這個核聚變的方法是1939年，美國物理學家們通過實驗發現的。氫是由1個質子和1個電子組成，而氘和氚的性質和氫幾乎是一樣的，只是氘多了1個中子，而氚多了2個中子。這種質子相同而中子不同的元素，就稱為同位素。
  • 可控核聚變到底是什麼?
    重核聚變啟動的條件要比輕核聚變啟動的條件更為苛刻，我們人類目前是無法啟動重核聚變的，而現在的太陽正處於主序星階段，所以和我們人類目前使用的核聚變材料相同，都為氘和氚。當以氘和氚為聚變燃料時，一個氘和一個氚會結合為一個氦原子，融合時會有質量的損失。
  • 海洋中核聚變燃料氚比例有多少,未來的聚變燃料真從海水中獲取?
    但以人類重點微末道行，連最容易的氚氘聚變都無法達到！因此當前人類正在全力突破的就是氚氘聚變，那麼氚氘到底是什么元素呢？跟氫元素又有什麼關係呢？氕只有一個質子和一個核外電子；氘有一個質子和一個種子以及一個核外電子；氚有一個質子和兩個中子和一個核外電子；氚氘聚變條件是最低的，而氕聚變的條件在氫同位素中最高的！
  • 核聚變發電是什麼?
    核聚變發電是什麼？核聚變是較輕的原子核聚合成較重的原子核的反應。這種反應必須在極高的溫度下進行，所以又叫做熱核反應。核聚變放出的能量比核裂變還要大10倍，是一種嶄新的能源。核聚變的原料主要是氫、氘和氚。
  • 美國人13歲就造出了核聚變堆，為什麼ITER到現在還在測試？
    10月9日，金氏世界紀錄網站發布了一個公告，來自美國田納西州，現年15歲的傑克遜·奧斯瓦爾特，成為有史以來最年輕的，製造出核聚變反應堆的個人（製造出核聚變堆時離13歲還有幾天，審核了2年）！核（D，重氫）產生氚（T，超重氫），成為世界上第一次核聚變實驗！
  • 化學*漢字:「字妖」——氕氘氚
    氕氘氚都是氫的同位素。 氫只有三種同位素:氕(P)原子核內有1個質子，無中子，豐度為99.98%;氘(D)(又叫重氫) ，原子核內有1個質子，1個中子，豐度0.016%;氚(T)(又叫超重氫)，原子核內有1個質子，2個中子，豐度0.004%。
  • 科技視界 | 中國距利用"核聚變能"還有多遠
    不過這種情況還只是針對自然界已知存在的熱核聚變而提出的一種概念性「假設」。　　熱核反應是當前很有前途的新能源獲取方式，是指參與核反應的輕原子核，如氫（氕）、氘、氚、鋰等從熱運動獲得必要的動能而引起的聚變反應。
  • 韓國核聚變研究取得新突破,技術水平成世界最高
    ，宣布成功將韓國超導託卡馬克核聚變研究裝置KSTAR的超高溫等離子體在1億攝氏度的溫度下保持20秒，韓國的核聚變技術由此上升到世界最高水平。此前，美國和日本的研究團隊在1999年成功地將等離子體溫度提高到1億攝氏度。目前，美國、日本和歐洲團隊的等離子體保持時間最長約為7秒。2018年，中國的核聚變研究裝置「中型超導託卡馬克（EAST）」實現了保持10秒的世界最高紀錄。
  • 核聚變本世紀將迎來「巨變」?( 1 / 6 )
    中國網新聞2月7日訊 2016年12月12日，我國自主研製的熱核聚變核心部件，率先通過了國際權威機構認證，為國際熱核聚變項目立了一大功，並成為新華社權威媒體評選的2016年度十大能源新聞之一。同時，我國可控核聚變試驗也製造出了比太陽中心溫度還要高的氫等離子體，並且穩定燃燒了一分多鐘，創了世界紀錄。