国家点火装置宣布聚变能产量创纪录

物理学家不得不将燃料压缩到太阳核心密度两倍的水平。
这张近景展示了圆柱形的空腔,内部有一个装有燃料的胶囊。Eddie Dewald 博士(劳伦斯利弗莫尔国家实验室,高足团队成员)

美国物理学家报告说,他们从激光触发的聚变反应中产生了比以往任何时候都多的能量。

聚变是包括地球自身在内的恒星内部发生的反应。理论上,聚变可以成为一种丰富、廉价、绿色的能源。然而,在超过 50 年的研究中,科学家们一直未能从聚变中获得的能量多于投入的能量。

这仍然是一个难以实现的目标。在美国国家点火装置进行的最新实验,产生的能量大约是物理学家投入能量的百分之一。尽管如此,外部科学家表示,这项最新努力解决了一些重要的科学问题。此外,该装置产生的能量多于物理学家投入到燃料中的能量(但不是整个系统的能量)。以前从未有人做到这一点。“聚变反应实际上正在将能量回馈给气体,”物理学家 Steven Rose 告诉《Popular Science》。“Rose 在伦敦帝国理工学院研究等离子体物理学,并未参与 NIF 的工作。”

这项成就的消息已于去年十月公之于众。现在,国家点火装置的物理学家们正正式报告他们的结果。他们已在同行评审期刊《Physical Review Letters》和《Nature》上发表了论文。

很难知道这些结果让我们离可行的聚变能源有多近。聚变还有另一条主要研究路线,称为磁约束。磁约束使用与国家点火装置不同的方法来触发聚变,而国家点火装置使用一种称为惯性约束的方法。Rose 说,目前尚不清楚新的 NIF 结果与磁约束的结果相比如何,因为这两种技术差异很大。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室

尽管如此,Rose 称 NIF 的结果是“一项非常重大的成就”。首先,NIF 科学家们在试验运行期间看到了所谓“自举”过程发生的证据。在自举过程中,聚变反应产生阿尔法粒子,这些粒子会提高反应的温度,从而产生更多的阿尔法粒子,如此循环。科学家们认为,自举对于 NIF 从聚变中获得比激光输入能量更多的能量是必不可少的。

至于反应本身,这是一个在微小、复杂、分层空间中取得巨大成就的故事。

位于北加州的国家点火装置拥有一个由 192 个激光器组成的复合激光器。NIF 科学家将激光瞄准一个直径仅几毫米的圆柱形容器,称为空腔。空腔内部有一个球形胶囊。胶囊内壁涂有一层由氘和氚组成的微米厚的冰层,它们是氢的同位素或替代化学形式。氘和氚是聚变的燃料。

当 NIF 激光器发射时,它会将球形胶囊压缩 35 倍。这会将氘和氚压缩到高密度,从而引发聚变。

参与聚变反应的物理学家 Omar Hurricane 在一次记者电话会议上说:“我们在这些特定实验中最终达到的燃料密度是太阳中心密度的三倍,或者说两倍半到三倍。”“因此,条件非常严酷。”

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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