可控核聚變邁出一大步

2020-12-01 驅動之家

2013年9月27日,美國勞倫斯·利弗摩爾國家實驗室奧馬爾·哈利肯(Omar Hurricane)教授與其科研團隊在慣性約束核聚變領域取得突破性進展:核聚變釋放的能量第一次大於燃料吸收的能量,即實現了燃料增益。這是實現慣性約束核聚變關鍵性的一步。該實驗成果2月12日在《自然》期刊發表。

慣性約束核聚變的原理是把燃料芯塊的溫度提高,從而引發內爆和燃料壓縮。慣性約束聚變的獨特優點在於發射器和聚變反應堆的分離,從而可以安全便捷地維護髮射器和包層(blanket)。


聚變反應堆系統示意圖

實驗調整了雷射束的進入形式,增強內爆的穩定性。在2013年11月19日最新的實驗中,NIF(美國國家點火裝置)的192束雷射將1.9 MJ熱量送入環空器,在環空器內部產生近1億攝氏度高溫(比過去高50%以上)和1千萬個大氣壓強。聚變燃料釋放能量17.3 kJ,大約為以前紀錄的10倍。


塑料外殼固定的環空器和氘氚燃料芯塊

相較以前的實驗,聚變釋放出的α粒子被滯留在聚變燃料中,引發自加熱,提供了極大的能量,接近總能量收益的一半。

科研團隊相信,這種自加熱將對實現「點火」(穩定核聚變)起到關鍵作用。

NIF實驗的成功驗證了之前的假設,內爆引起的塑料外殼不穩定是過去能量收益達不到計算機模型預期的根源。

但是,目前取得的成果距離真正的「點火」尚有距離,去年11月19日的實驗僅達到勞森判據(反應器自行發生穩定核聚變的條件)的一半。此外,目前依靠入射雷射波長對內爆的形狀的控制仍未被完全理解,實驗採用的模式來自實踐經驗。

哈利肯教授表示,對入射波長影響的進一步理解和環空器物理性質的改進都將有助於取得理想結果。

新的雷射模式能實現穩定核聚變嗎?大概只有時間會告訴我們答案。

 

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  • 中國可控核聚變已領先世界
    它叫EAST,是全世界最先進的探索可控核聚變的裝置之一。因為它的成功,中國人站在了核聚變研究的前沿。可控核聚變或許是能源領域的最大指望。從上世紀60年代以來,利用磁約束實現可控核聚變(託卡馬克),是各種實驗路徑中最有希望的一種。中國從上世紀90年代開始實施大中型託卡馬克發展計劃。太陽中的核反應就是核聚變,,所以可控核聚變又稱為"人造太陽"。
  • 中國可控核聚變技術領先世界,未來依靠核聚變能飛出太陽系嗎?
    核聚變反應按照目前的科學理論,人類能夠實現的能源最高的利用是可控核聚變反應。要了解可控核聚變之前,我們就得先搞懂核聚變反應。我們都知道,原子是由原子核和核外電子構成的,而原子核又是由質子和中子構成的。所謂的核聚變指的就是原子核的融合,也被稱為核融合。
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    其中較容易實現的是核裂變,而核聚變就比較困難了,因此利用裂變能的核武器原子彈問世要早於利用聚變能的氫彈。然而一般來說核聚變產生的能量比之核裂變更為強大,理論上從質能轉換率來看,核聚變為0.7%,而核裂變為0.13%,僅為聚變的四分之一左右。
  • 如果實現了可控核聚變,人類生活會變成什麼樣?
    可控核聚變技術,就是其中最具潛力的一個。所謂可控核聚變,也就類似於現在太陽的燃燒方式。太陽內部其實一直在進行核聚變,並向外界散發能量,人類研究的可控核聚變技術也有一個形象的名字,叫做「人造太陽」,是一種無限接近永動機的理想能源。作為可控核聚變原料的氘和氚在海洋裡有很多,至少能用幾百億年,可以說是取之不盡、用之不竭的。
  • 德國仿星器試驗成功,兼談可控核聚變的原理
    幾乎和原子彈爆炸同一時間,人類就開始了可控核聚變的研究。當時的科學家們對可控核聚變的研究前景極其樂觀,他們甚至已經想像到,在不久的將來,聚變反應堆在世界各地落地開花,屆時,全世界人們都將用上最清潔,最便宜,且取之不盡,用之不竭的能量—聚變能。
  • 可控核聚變能成為未來汽車的動力來源嗎?
    可控核聚變在未來實現民用化,成為替代化石燃料的能量來源,這是完全有可能的。而且人類的文明想要發展到更高的水平,這一步也是必然之路。人類現在已經可以實現核聚變反應,那就是氫彈爆炸,其本質反應是氫的兩種同位素——氘和氚,發生核聚變反應。
  • 科學最前沿的可控核聚變什麼時候能實現
    得到的回答都是應該還有30~40吧,40年前是這個回答,40年後的今天還是這個回答,雖然是這樣但可控核聚變依然是科學的最前沿全力研發的重要主題,因為它對我們來說實在是太重要了,為什麼說目前的可控核聚變研究並沒有那麼樂觀,為什麼可控核聚變非常的難,一旦成功了又意味著什麼。