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受控核聚变点火时实现能量盈余 人工太阳能前景诱人

2014-02-13 16:18:50   来源:腾讯科学   评论:0   [收藏]   [评论]
导读:小编按:引发核聚变反应首先要向核燃料中输入能量,即“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。
美国在激光受控核聚变领域取得突破

  国家点火装置的靶室(192束激光聚焦在小小的氘-氚靶丸上)(腾讯科学配图)

  美国研究人员12日在英国《自然》杂志网络版上报告说,他们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”。

  多个轻原子核(如氘和氚)在超高温下相互聚合,可生成更重的新原子核(如氦),并释放出巨大能量。太阳持续“燃烧”就是典型的核聚变反应。人类已经实现了不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。但是要想让这种核聚变能量被有效利用,即实现受控核聚变,条件却非常苛刻。

  引发核聚变反应首先要向核燃料中输入能量,即“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。

  美国利弗莫尔劳伦斯国家实验所的研究人员报告说,他们在实验中先将极少量的氢同位素核燃料均匀地裹在一个直径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”。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,最终释放出的能量超出了整个实验所投入的能量,首次在完成“点火”时实现了能量“盈余”。

  研究人员介绍说,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,而他们取得这一新进展的关键在于更加精准地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。

  不过研究人员也指出,实验中所取得的能量“盈余”十分有限,要让核聚变反应持续发生,这一“盈余”必须达到实验所投入能量的百倍以上,因此受控核聚变真正为人类所用,仍是一个“十分遥远的希望”。

  █ 事实+

  美国激光受控核聚变研究的起源

  1992年7月,克林顿总统宣布美国延期暂停核试验,同时责成能源部探索在不进行地下核试验的情况下确保美国核弹头先进、可靠和保密的其他途径。1994财政年度,国防管理法规要求能源部提交一项有关美国核武器核心知识和技术资料安全管理的计划。

  1994年11月,被称为“国家点火设施”的激光核聚变计划正式签发,同时得到能源部“惯性约束核聚变”顾问委员会的赞同。

  国家点火设施采用192束351纳米波长的激光,总能量为1.8兆焦。诺瓦聚变激光器的诞生地——劳伦斯国家实验室是国家点火设施最合适的选址。1997年春开始建造,总预算为10.74亿美元。

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