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

2022 年 12 月，美國國家點火設(shè)施的科學(xué)家宣布了一個歷史性的里程碑他們的激光驅(qū)動的聚變反應(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——這可能需要一些時間。

重要的是，一系列詳細(xì)介紹實驗設(shè)計、技術(shù)進(jìn)步和初步突破性反應(yīng)結(jié)果的論文剛剛通過同行審查，這意味著沒有參與這項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驗室聚變是可能的，”間接驅(qū)動ICF（慣性約束聚變）的團隊成員 協(xié)作寫五篇論文中的第一篇.

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

這些基于實驗室的反應(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)模上為我們的太陽和恒星提供動力的聚變反應(yīng)。如果沒有太陽的質(zhì)量來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，熱量是通過強大的光爆發(fā)傳遞的。這些實驗涉及用192個高功率激光轟擊一個裝有220微克氘和氚燃料的膠囊，將壓力提高到6000億個大氣壓，溫度提高到1.51億°C（2.72億°F）。

這些條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過太陽內(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。

在突破性實驗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)說明實現(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。

超過所謂的點火閾值預(yù)示著核聚變研究的新時代，從那以后就沒有放慢腳步：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實驗中。

研究人員還報告了 2023 年年中的一項最新實驗的結(jié)果，該實驗產(chǎn)生 3.88 MJ 的能量來自相同的 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.

但是請記住，在這些實驗中，大量的能量用于為激光器供電：500萬億瓦，或者說是美國國家能源網(wǎng)在任何時候產(chǎn)生的電力的一千倍。因此，在這些聚變反應(yīng)真正產(chǎn)生的能量超過引發(fā)它們的能量之前，還有很長的路要走。

“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。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)家還強調(diào)那核聚變不是我們應(yīng)對氣候危機所需的直接解決方案。

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

幸運的是，我們已經(jīng)有了可再生能源技術(shù)來做到這一點。

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

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