十年3000次發射,美國雷射核聚變反應堆,率先實現能量淨產出

2021-01-09 騰訊網

世界各國在最近幾年的聚變能研究項目中，最新穎耀眼的當屬於勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室正在進行的雷射慣性聚變能項目。

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室簡稱LLNL，是由美國國家能源部資助並管理的研究機構，雷射慣性聚變能是以轉換在國家點火裝置中正在開發的雷射驅動慣性約束聚變，引入實際的商業發電廠的概念。

在整套系統的設計之初，考慮了兩種方案，分別是純聚變或混合聚變裂變系統，在前者中，聚變反應產生的能量被直接利用。後者則是，聚變反應釋放出的中子被用於在鈾或其他核燃料的周圍覆蓋層中引起裂變反應。這種聚變電廠可能會大大減少發電部門的溫室氣體排放，而發電部門是全球這些排放的主要來源之一。

所謂冰凍三尺非一日之寒，成功是需要不斷的經驗積累的。該項目曾一度因為技術難題被擱淺。2010年10月，LLNL的研究人員啟動了192束雷射束，這些雷射束由獨立的雷射單元集中，它們包含從電源到變頻光學器件的所有內容，美國國家點火裝置(NIF)將它們的能量集中成一個脈衝，以實現目標：通過點燃聚變反應產生比雷射注入還要多的能量。

從開啟項目到如今取得重要進展，已經過去了整整十年，放電發射不低於3000次！就在前不久，研究人員才接近了"燃燒等離子體"的裡程碑。

像我們的太陽一樣，持續不斷的聚變反應取決於燃燒的等離子體，等離子體是物質的四個基本狀態之一，由離子和自由電子組成。所以取得這樣的重要進展，對於項目而言幾乎是裡程碑式的。

負責核聚變項目的馬克·赫爾曼（Mark Herrmann）表示：模擬實驗表明，一旦點火裝置達到閾值，它將產生有一條更容易點火的途徑。 長期以來，核聚變一直被認為是一種無碳能源，它以現成的氫同位素為燃料，不會產生長期存在的放射性物質，但這仍然是一個遙遠的夢想。

NIF和其他慣性聚變裝置不同，它更像一個內燃機，通過小型燃料芯塊的快速爆炸產生能量。點火試驗的前3年裡，每一次發射只產生約1千焦的能量，低於x射線脈衝注入膠囊的21千焦能量，也遠低於最初雷射脈衝的1.8兆焦能量。

在實驗過程中，科研人員也曾經歷過點火失敗，這導致他們增加了更多的診斷儀器，並且添加了更多數量的中子探測器，這樣的布置有利於從三維角度看見核聚變反應發生的地方。

結果科研人員的不斷努力完善後，國家點火裝置在實驗中已多次達到60千焦的產量，在下一次的實驗中，科研人員將對雷射束線進行升級並嘗試提高雷射能量，架設這192束雷射都能被提升的話，點火裝置的最終產量將達到3兆焦耳。

當然，這些升級需要時間和資金，項目的出資方美國國家核安全局近年來在國會縮減預算要求下，不止一次考慮將此項目暫停，幸好這一次的成功，重新讓美國國家核安全局改變了態度，該局啟動了一項審查計劃，旨在審查整個核聚變項目的實用性，這一計劃也將徹底決定核聚變項目的去留。

相關焦點

  • 雷射核聚變反應堆能量「出大於入」
    為此，美國國家點火裝置（NIF）開始了一項試驗，目的只有一個：讓聚變反應產生比輸入的雷射還要多的能量。據《科學》報導，10年過去了，經過近3000次發射，NIF的研究人員認為他們已經接近了一個重要的裡程碑——「燃燒等離子體」，即聚變燃燒是由反應本身的熱量維持的，而不用通過雷射輸入的能量。
  • 使用相對論效應進行雷射融合,核聚變反應堆又更進一步
    這些發現可能為雷射聚變提供火花，開啟無碳能源生產的新時代。 目前的核能利用鈾等重同位素裂變成較輕的元素來發電。然而，這種核裂變的能量有很多問題，比如乏燃料的處理和熔毀的風險。核聚變是核裂變的一個很有前途的替代品。像所有的恆星一樣，我們的太陽是由輕同位素氫聚變成更重的元素來驅動的。核聚變和核裂變相比有許多優點。
  • 雷射核聚變反應堆裡程碑:燃燒等離子體—新聞—科學網
    圖片來源：LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY 2010年10月，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員啟動了192束雷射束，並將它們的能量集中成一個脈衝。為此，美國國家點火裝置(NIF)開始了一項運動，以實現目標：通過點燃聚變反應產生比雷射注入還要多的能量。
  • 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?
    這個時候可能大家對「可控核聚變」這個解決人類終極能源的辦法，又開始心心念念了。新聞不是剛剛的報導：中國新一代「人造太陽」中國環流器二號M裝置，在成都建成並實現首次放電了嗎？這是個好消息哈，聽說技術已經反超美國了。我們會不會是最早實現可控核聚變的國家？什麼時候可以實現呢？答案，你看完這篇文章，也許心中就有數了。今天我們就通俗的來聊一聊「什麼是可控核聚變？」
  • 澳大利亞獲核聚變突破!科學家:領先美國的氘氚聚變
    在科學上，核聚變的運用十分的廣泛，受到世界各國的追捧。近日，澳大利亞新南威爾斯大學科學家發布新的研究成果，對外宣布，極端的雷射爆發使我們更接近核聚變的無限力量，無限力量什麼概念，這是有史以來從未有的研究成功，將獲得科學核聚變的重大突破。
  • 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%。
  • 美國託卡馬克聚變反應堆破世界紀錄
    科技日報北京10月18日電 （記者張夢然）據美國麻省理工學院官方網站消息，該校科學家在阿爾卡特C-Mod（Alcator C-Mod）託卡馬克聚變反應堆實驗中創造出新的世界紀錄，等離子體壓強首次超過了兩個大氣壓。鑑於高壓等離子體是實現可控核聚變的關鍵因素，這意味著人類距獲得「取之不盡用之不竭」的清潔能源又近一步。
  • MIT實現可控核聚變新突破 無限能源不遠了?
    今日美國科學家通過改良實驗手段，成功製造出了破紀錄的等離子壓強。而等離子體的高壓是實現可控核聚變關鍵因素之一。此舉標誌著受控核聚變距離成為一種實際可用的能源來源又向前邁進了一步。由於具有清潔無汙染、原料幾乎取之不盡（可以直接使用海水）、安全性高等優點，核聚變被視為一種近乎用之不竭的理想能源
  • MIT要實現可控核聚變了？專家認為沒這麼簡單 | 袁嵐峰
    ，美國麻省理工學院（MIT）與初創公司 Commonwealth Fusion Systems 實現新型可控核聚變反應堆研究工作的重大突破。他們宣稱，如果項目能夠如期在2025年完成，這將成為世界上首個輸出能量大於輸入能量的可控核聚變反應堆，將人類關於可控核聚變反應的研究進展大幅提前至少十年。
  • MIT科學家擬建新核聚變反應堆 有望實現全面清潔能源利用
    西媒稱，全球首座核聚變反應堆或將於2025年投入運行。該反應堆由美國麻省理工學院（MIT）設計，將有望實現全面清潔能源的利用。據西班牙《阿貝賽報》網站10月7日報導，經過二十多年的緊張工作，人們很可能已經進入了第一個核聚變反應堆的大門。核聚變產生的能量大於系統輸入的電能。
  • 我國雷射反射膜技術奪得世界第一,核聚變雷射點火器成了國家重器
    太陽上的核聚變反應數十年來，全世界科學家一直夢想著在地球實驗室裡實現核聚變反應雷射核聚變實驗裝置當前，如何控制聚變反應，實現持續的能量淨輸出，是當今科學界一直聚焦的科學問題。雷射聚變被認為是實現受控核聚變的一種最有效的途徑。為了實現雷射點燃核聚變反應，人們提出了許多方案，其中快點火方案被一直認可，該方案就是利用超強加熱雷射脈衝產生的大量高能超熱電子，給預先壓縮的氘氚燃料快速加熱使其達到發生聚變反應所需要的溫度。然而雷射核聚變需要把直徑為1毫米的聚變燃料小球均勻加熱到1億度才能點燃核聚變反應，這就要求雷射器的能量就必須大於1億焦，依靠目前科學技術還是很難做到的。
  • 世界各國核聚變成就，中國處於什麼階段，未來我們會用上核聚變嗎
    當溫度達到數億攝氏度時，原子核之間會克服互相排斥的斥力而發生熱核聚變反應。釋放大量的能量。核聚變的應用方式目前主要有2種1.慣性約束核聚變:用雷射照射含有微量氘氚元素的直徑數毫米小球，使球溫度升高至數億度，內部的氣體變成高溫等離子態。在反衝作用力下元素被壓縮到極高密度後產生熱核聚變，如此連續照射可持續產生大量的聚變能。2.
  • 能量的本質是什麼?人類未來能否實現可控核聚變?
    最關鍵的是我們如何控制核聚變，以核聚變反應釋放出的能量比輸入能量更高的方式讓輕元素融合在一起。這就是最後一個問題!核聚變的未來是什麼？以太陽的方式進行核聚變，高溫高壓？這種方式想都別想，因為你獲得的能量還沒有提供的能量大。但是我們仍然想從輕便、容易獲得的元素中獲取核能。
  • 全球首座核聚變反應堆或於2025年投入運行 有望實現全面清潔能源利用
    新華社北京10月16日新媒體專電 西媒稱，全球首座核聚變反應堆或將於2025年投入運行。該反應堆由美國麻省理工學院(MIT)設計，將有望實現全面清潔能源的利用。據西班牙《阿貝賽報》網站10月7日報導，經過二十多年的緊張工作，人們很可能已經進入了第一個核聚變反應堆的大門。核聚變產生的能量大於系統輸入的電能。
  • 可控核聚變是什麼?將引發第四次工業革命
    除此之外，因為第一次工業革命和第二次工業革命都是能源的革命，所以許多科學家認為可控核聚變將會帶來第四次工業革命。今天我們就來了解一下可控核聚變！ 慣性約束核聚變是指提出發展可控核聚變，用雷射或離子束作驅動源，脈衝式地提供高強度能量，均勻地作用於裝填氖氖
  • 美國狂人1個月自製核聚變反應堆(圖)
    在位於美國匹茲堡的自家車庫裡，弗蘭克·薩安斯正夜以繼日地修補他最自豪的發明：一個可以工作的核聚變反應堆。現在，核聚變不再僅僅掌握在專業科學家手裡，一群業餘科學愛好者正在嘗試著在自己家裡製造核反應堆，希望藉此實現新的能源供應。
  • 【第3期】「核能」最熱門理念:一種更便宜、更快的核聚變方法
    筆者將在之後的系列文章中，對氫硼雷射聚變反應堆的這一共有特性詳細介紹。 為什麼選擇氫-硼燃料，與氘-氚燃料相比有哪些優勢？ 除此之外，氫和硼原子核之間的聚變反應是無中子反應：不產生中子，只產生帶電的α粒子。
  • 美稱設計出能裝載在卡車上的緊密型核聚變反應堆
    剛剛過去的這一周，「核聚變」成為足夠吸引眼球的科技新聞關鍵詞。　　10月15日，美國洛克希德·馬丁公司，已經設計出一款能夠裝載在一輛卡車上的緊密型核聚變反應堆，目前正在尋求商業或政府方面的合作夥伴，並宣稱將在五年內製造出原型。消息一出，輿論譁然，盲目叫好的有之，深度質疑的亦有之。「核聚變」究竟怎麼了？
  • 核聚變新發現:雷射與等離子體相互作用,改變了能量的傳遞方式!
    博科園：本文為物理學類羅切斯特大學的新研究將提高計算機模型，在雷射驅動內爆模擬中使用的準確性，發表在《自然物理學》期刊上的這項研究，解決了科學家長期尋求實現核聚變的挑戰之一。在雷射驅動的慣性約束聚變(ICF)實驗中，例如在羅切斯特大學雷射能量實驗室(LLE)進行的實驗中，由持續時間僅為十億分之一秒的強光脈衝組成短光束傳遞能量來加熱和壓縮氫燃料電池的目標。理想情況下，這個過程會釋放出比用來加熱系統能量更多的能量。雷射驅動的慣性約束聚變實驗要求許多雷射束通過等離子體（自由運動的電子和離子熱湯）來精確地將其輻射能量沉積在預定目標上。
  • 人類航天的下一個十年:核聚變動力宇宙飛船即將飛向深空
    人類航天的下一個十年：核聚變動力宇宙飛船即將飛向深空  Connor Feng • 2019-06-13 15:53:08