12月5日实验
核聚变反应是宇宙中的普遍现象,它是恒星(例如太阳)的能量来源。核聚变能也是全世界能源发展的前沿方向,被视为未来社会的“终极能源”。如果人类可以掌控这种能量,就能摆脱目前地球的能源与环境危机困扰。
耗资35亿美元的美国国家点火装置位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室,最初是为了通过模拟爆炸来测试核武器,后用于推进聚变能研究。占地面积有三个足球场大的NIF从2010年开始正式的点火实验,美国用了10多年时间不断冲击点火目标,过程一波三折。
2014年,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家获得成果,但当时产生的能量非常小,相当于一个60瓦的灯泡在5分钟内消耗的能量。2021年8月,NIF在一次聚变反应中产生了1.37兆焦耳的能量,约为那次激光能量的70%,是世界上最接近净能量增益的一次。
当地时间2022年12月5日上午1:03,劳伦斯利弗莫尔国家实验室使用192束强大的激光束击中了只有胡椒大小的氢同位素的固体目标。实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量,产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出,能量增益达到153%。
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核聚变工作原理。图片来源:BBC美国科技媒体The Verge评价道,利用核聚变可能是革命性的——为人们提供丰富的能源,而不会受到温室气体排放或持久放射性废物的有害副作用。然而,这样做取决于克服巨大的工程障碍。经过几十年的实验,这次宣布代表了对这些障碍之一的微小但重大的胜利。但是,要实现任何清洁能源梦想,还有很长的路要走。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任布迪尔在新闻发布会上说:“有了真正的投资和真正的关注,这个时间尺度可以更近。”“很长一段时间我们从未走近过,对吗?因为我们需要这个基本的第一步。因此,我们今天处于一个很好的位置,可以开始了解下一步需要什么。”
首先,科学家需要能够再次点火。布迪尔说,仍然要做很多事,“你必须能够每分钟产生许多很多聚变点火。”“不仅在科学方面,而且在技术方面都有非常大的障碍。”
一个障碍是,未来任何工作中使用的激光都需要更有效率。这次实验中使用的国家点火装置是世界上最大、能量最高的激光器,但它仍然基于20世纪80年代的技术。现代激光器效率更高,未来的努力可能会尝试将新技术纳入实验。
“这表明这是可以做到的。越过这个门槛使他们能够开始研究更好的激光器、更高效的激光器、更好的密封胶囊等。”布迪尔说,“我们需要私营部门参与其中。如此多的美国公共资金进入这一突破真的很重要,但为了使其达到商业水平,我们将采取的所有必要步骤仍然需要公共研究和私营研究。”