近日，一束激光在一個胡椒粒大小的燃料容器中引發(fā)核聚變爆炸，產(chǎn)生了能量1.35兆焦耳（MJ）能量——大約相當(dāng)于一輛時速160公里的汽車的動能。這一能量也是觸發(fā)該過程的激光脈沖能量的70%，意味著接近核聚變“點(diǎn)火”，即反應(yīng)產(chǎn)生的能量足以使反應(yīng)持續(xù)下去。美國國家點(diǎn)火裝置（NIF）在無限聚變能源的道路上邁出了一大步。
勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室核聚變項目負(fù)責(zé)人Mark Herrmann說：“在多年來3%的點(diǎn)火率下，這是非常令人興奮的。”該實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)運(yùn)行NIF。
羅切斯特大學(xué)激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任、物理學(xué)家Michael Campbell表示，NIF的最新成果“證明了少量能量，使少量質(zhì)量內(nèi)爆，就可以實(shí)現(xiàn)核聚變”。
“這是一項了不起的成就。”英國倫敦帝國理工學(xué)院等離子體物理學(xué)家Steven Rose補(bǔ)充道，“這是慣性聚變自1972年開始以來最重大的進(jìn)展。我感到非常高興。”
為恒星提供能量的核聚變迫使小原子核融合成更大的原子核，釋放出大量能量。但核聚變所需的熱量和壓力在地球上很難實(shí)現(xiàn)。即便如此，因?yàn)槟軌蛱峁┴S富的清潔能源，核聚變一直備受關(guān)注。然而，目前還沒有項目能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生的能量超過引起反應(yīng)所需的能量。
NIF的方法被稱為慣性約束聚變，它使用一個巨大的激光器，能在幾個橄欖球場大小的設(shè)施中產(chǎn)生192束激光束，這些激光束在20納秒內(nèi)以短暫、強(qiáng)大的脈沖（1.9MJ）聚焦在目標(biāo)上。研究人員希望將盡可能多的能量注入目標(biāo)容器—— 一個小球體，里面充滿了氘和氚，裝在橡皮擦大小的金圓筒里。
于是，黃金蒸發(fā)，產(chǎn)生x射線脈沖，在容器引發(fā)內(nèi)爆，把聚變?nèi)剂献兂梢粋€溫度高、密度大的小球，足以觸發(fā)核聚變。從理論上講，如果這種微小的核聚變爆炸能夠以每秒10次左右的速度觸發(fā)，那么發(fā)電廠就可以從產(chǎn)生的高速中子中收集能量來發(fā)電。
今年早些時候，NIF團(tuán)隊對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了幾次能量達(dá)100千焦（kJ）的反應(yīng)。NIF最終創(chuàng)造了一個“燃燒的等離子體”，并向聚變反應(yīng)本身為更多的聚變提供熱量邁進(jìn)。近日，一次反應(yīng)產(chǎn)生了驚人的1.35 MJ能量。“這是一個全新的開始。”Herrmann說。
但研究人員表示，究竟是哪些改進(jìn)產(chǎn)生了最大的影響，仍需要一段時間才能弄清楚。“這是一個非常非線性的過程。這就是為什么它被稱為‘點(diǎn)火’：一個失控的反應(yīng)，也是獲得更高能量效益的關(guān)鍵。”Herrmann說。
然而，Herrmann團(tuán)隊離實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電廠構(gòu)想還有很長的路要走。Campbell說：“在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行核聚變已經(jīng)非常困難，要獲得經(jīng)濟(jì)的核聚變動力就更難了。”
NIF的主要任務(wù)仍然是確保美國的核武器儲備是安全可靠的，研究核聚變能只是個副業(yè)。但是，實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)火”并研究和模擬這個過程也將“打開一個新的窗口”，Herrmann說，因?yàn)椴皇芸刂频暮司圩兺瑯幽転楹宋淦魈峁﹦恿Α?/p>
回憶起8月初，Herrmann承認(rèn)，當(dāng)收到同事的短信，說在最新反應(yīng)中得到了一個“有趣”結(jié)果時，他曾擔(dān)心儀器可能出了問題。當(dāng)事實(shí)證明并非如此時，“我開了一瓶香檳”。
【免責(zé)聲明】本文轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，與科技網(wǎng)無關(guān)。科技網(wǎng)站對文中陳述、觀點(diǎn)判斷保持中立，不對所包含內(nèi)容的準(zhǔn)確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考，并請自行承擔(dān)全部責(zé)任。