已確認(rèn)！激光聚變實(shí)驗(yàn)在發(fā)電領(lǐng)域達(dá)到關(guān)鍵里程碑

2022 年 12 月，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施的科學(xué)家宣布了一個(gè)歷史性的里程碑他們的激光驅(qū)動(dòng)的聚變反應(yīng)第一次“收支平衡”，產(chǎn)生的能量多于消耗的能量。

但是，像這樣大的進(jìn)步需要嚴(yán)格檢查——這可能需要一些時(shí)間。

重要的是，一系列詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、技術(shù)進(jìn)步和初步突破性反應(yīng)結(jié)果的論文剛剛通過(guò)同行審查，這意味著沒(méi)有參與這項(xiàng)工作的研究人員已經(jīng)審查了方法和發(fā)現(xiàn)，以檢查總和。

“這一成就是五十多年研究的結(jié)晶，證明了基于基本物理原理的實(shí)驗(yàn)室聚變是可能的，”間接驅(qū)動(dòng)ICF（慣性約束聚變）的團(tuán)隊(duì)成員 協(xié)作寫(xiě)五篇論文中的第一篇.

核聚變，如果加以利用和擴(kuò)大規(guī)模，有望提供豐富、取之不盡用之不竭的清潔能源沒(méi)有化石燃料的溫室氣體排放或放射性廢物核裂變.聚變是兩個(gè)或多個(gè)原子合并形成一個(gè)更大的原子，在此過(guò)程中釋放能量。

這些基于實(shí)驗(yàn)室的反應(yīng)與商業(yè)規(guī)模的應(yīng)用相去甚遠(yuǎn)，模仿了在微小規(guī)模上為我們的太陽(yáng)和恒星提供動(dòng)力的聚變反應(yīng)。如果沒(méi)有太陽(yáng)的質(zhì)量來(lái)提供一些引力咕嚕聲，地球上原子融合的方法依賴于熱量。

在這種特殊的聚變技術(shù)中，熱量是通過(guò)強(qiáng)大的光爆發(fā)傳遞的。這些實(shí)驗(yàn)涉及用192個(gè)高功率激光轟擊一個(gè)裝有220微克氘和氚燃料的膠囊，將壓力提高到6000億個(gè)大氣壓，溫度提高到1.51億°C（2.72億°F）。

這些條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)太陽(yáng)內(nèi)部的條件，導(dǎo)致燃料內(nèi)爆，氘和氚原子融合成氦并釋放能量。

在突破性實(shí)驗(yàn)2022 年 12 月，激光向燃料發(fā)射了 2.05 兆焦耳 （MJ） 的能量，導(dǎo)致釋放了 3.15 兆焦耳——因此反應(yīng)產(chǎn)生的能量大約是輸送到燃料中的能量的 1.5 倍。

新論文詳細(xì)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)“收支平衡”的進(jìn)展，包括修改燃料混合物、消除膠囊壁的缺陷、增加豌豆大小的膠囊質(zhì)量、提高激光能量以及增加燃料使用量。

超過(guò)所謂的點(diǎn)火閾值預(yù)示著核聚變研究的新時(shí)代，從那以后就沒(méi)有放慢腳步：研究人員已經(jīng)解雇了能量更大的激光器，產(chǎn)生更多的能量在去年的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中。

研究人員還報(bào)告了 2023 年年中的一項(xiàng)最新實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生 3.88 MJ 的能量來(lái)自相同的 2.05 MJ 能量輸入——大約是注入能量的 1.9 倍，即迄今為止最高的產(chǎn)量.

但是請(qǐng)記住，在這些實(shí)驗(yàn)中，大量的能量用于為激光器供電：500萬(wàn)億瓦，或者說(shuō)是美國(guó)國(guó)家能源網(wǎng)在任何時(shí)候產(chǎn)生的電力的一千倍。因此，在這些聚變反應(yīng)真正產(chǎn)生的能量超過(guò)引發(fā)它們的能量之前，還有很長(zhǎng)的路要走。

“我們有可能進(jìn)行核聚變，”伯明翰大學(xué)的核物理學(xué)家馬丁·弗里爾（Martin Freer）說(shuō)。告訴新科學(xué)家的馬修·斯帕克斯.“但從科學(xué)上講，我們面臨的挑戰(zhàn)非常嚴(yán)峻。

盡管它承諾提供清潔能源，科學(xué)家還強(qiáng)調(diào)那核聚變不是我們應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)所需的直接解決方案。

商業(yè)核聚變?cè)O(shè)施是還有幾十年的時(shí)間，曼徹斯特大學(xué)核聚變研究員Aneeqa Khan說(shuō)，當(dāng)我們需要在未來(lái)6年內(nèi)將全球碳排放量減少近一半時(shí)——到2030年– 扭轉(zhuǎn)氣候。

幸運(yùn)的是，我們已經(jīng)有了可再生能源技術(shù)來(lái)做到這一點(diǎn)。

這五篇論文已發(fā)表在物理評(píng)論快報(bào)，你可以閱讀這里,這里,這里,這里和這里.

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