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美科学家成功复制核聚变“点火”

参考消息网12月22日报道 据美国有线电视新闻网网站12月20日报道,美国加利福尼亚州的科学家向一个装有胡椒粒大小燃料胶囊的圆柱体发射了近200束激光,在探索聚变能的道路上又迈出一步。

去年12月的一个上午,加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点燃实验设施(NIF)的科学家在世界上首次成功创造了一种释放能量多于消耗能量的核聚变反应。这一过程被称为“点火”。

根据LLNL在今年12月发布的一份报告,他们2023年已至少3次成功复制“点火”。

几十年来,科学家们一直试图利用聚变能,这本质上是在地球上再现太阳的能量。

在去年实现历史性的净能量增益后,下一个重要步骤是证明这一过程是可以复制的。

英国帝国理工学院惯性聚变研究中心的研究员布赖恩·阿佩尔比表示,能够复制就证明这一过程的“稳健性”,这表明,即使在激光或燃料芯块等条件存在差异的情况下,也能实现该过程。

阿佩尔比告诉有线电视新闻网,每次实验都提供了一个详细研究“点火”物理机制的机会。“这为科学家解决有待克服的下一项挑战,也就是如何最大限度地获取能量,提供了有价值的信息。”

如今全球核电站利用的是原子分裂产生能量的核裂变过程。与核裂变不同,核聚变不会留下将长期存在的放射性废物。随着气候危机的加剧,以及放弃令地球变暖的化石燃料的紧迫性增强,获得大量既安全、又清洁的能源的前景是十分诱人的。

核聚变是为太阳和其他恒星提供能量的反应,涉及让两个或两个以上的原子撞击在一起,形成一个密度更大的原子,在这个过程中释放出巨大的能量。

利用核聚变来产生能量有不同的方法,但在NIF,科学家向一个装在胡椒粒大小钻石胶囊里的氢燃料颗粒发射了近200束激光,而该胶囊本身装在一个金制圆柱体内。激光加热圆柱体的外部,造成一系列非常快的爆炸,由此产生的大量能量被作为热量收集起来。

2022年12月产生的能量很少——需要约2兆焦耳的能量来驱动这个反应,而反应总共释放了3.15兆焦耳的能量,可以煮沸大约10壶水。但这足以使它成功“点火”,并证明激光聚变可以产生能量。

自那以来,科学家又做了几次实验。上述报告称,今年7月30日,NIF的激光向目标发射了略高于2兆焦耳的能量,产生了3.88兆焦耳的能量——根据报告,这是迄今为止达到的最高产量。随后在10月进行的两次实验也带来了净收益。

报告称:“这些结果证明,NIF有能力持续产生兆焦耳水平的聚变能。”

然而,在核聚变达到为电网和供暖系统供电所需的规模之前,还有很长的路要走。现在的重点是,巩固已经取得的进展,并找出显著扩大聚变项目规模并大幅降低成本的方法。

在迪拜举行的《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会上,美国气候特使约翰·克里发起一项涉及30多个国家的国际参与计划,目标是发展核聚变技术,帮助应对气候危机。

克里在大会上说:“核聚变有可能彻底改变我们的世界,改变我们面前的所有选择,为世界提供丰富和清洁的能源,而不会产生传统能源的有害排放。”

去年12月,美国能源部宣布为一个项目投资4200万美元,准备将包括LLNL在内的多个机构联合起来,建立专注于推进核聚变的“中心”。

美国能源部长珍妮弗·格兰霍姆说:“利用聚变能是21世纪最大的科技挑战之一。我们现在相信,不仅是有可能,而且是有很大的可能让聚变能成为现实。”