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激光核聚变反应堆能量“出大于入”_科技频道_东方资讯

在美国国家点火装置的目标舱内,192束激光束集中在花椒大小的聚变燃料芯块上。图片来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室

2010年10月,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员启动了192束激光束,并将它们的能量集中成一个脉冲。为此,美国国家点火装置(NIF)开始了一项试验,目的只有一个:让聚变反应产生比输入的激光还要多的能量。

据《科学》报道,10年过去了,经过近3000次发射,NIF的研究人员认为他们已经接近了一个重要的里程碑??“燃烧等离子体”,即聚变燃烧是由反应本身的热量维持的,而不用通过激光输入的能量。

自热是燃烧所有燃料和获得能量增益的关键。负责劳伦斯利弗莫尔核聚变项目的Mark Herrmann表示,模拟试验表明,一旦NIF达到阈值,它将更容易被点燃。英国帝国理工学院惯性聚变研究中心副主任Steven Rose表示,他们正在摆脱传统设计,开始尝试新事物。

长期以来,核聚变一直被认为是一种无碳能源,它以氢同位素为燃料,不会产生长期存在的放射性物质,但这仍然只是一个遥远的梦想。

和其他惯性聚变装置一样,NIF更像一个内燃机,通过小型燃料芯块的快速爆炸产生能量。然而,在点火试验的前3年里,每一次发射只产生约1千焦的能量,低于激光输入的21千焦能量。

在点火失败后,NIF研究人员加强了对仪器的诊断。他们增加了更多的中子探测器,以便看到核聚变反应发生的三维视图。他们还调整了四束激光,在内爆后瞬间产生高功率、超短脉冲,以蒸发靶点附近的细导线。这些导线就像一个X射线闪光灯,能够探测到被压缩的燃料。

此外,研究人员还改进了制造工艺,以消除缺陷。罗彻斯特大学激光能量学实验室Mingsheng Wei表示,诊断方法的改进“确实能帮助科学家了解需要提升哪些方面”。

经过不断改进完善,NIF已多次达到接近60千焦的产量。但是Herrmann表示,最近美国物理学会等离子物理分会讨论的一个例子已经超过了这个数字,预计将在100千焦左右。

Herrmann认为,团队还需要尝试更多的技术,每一种技术都可以将温度和压力提高到足以维持等离子体燃烧和点火的水平。如果还不够,那下一个选择将是提高激光能量。NIF研究人员已经对其中4个束线进行了升级测试,并成功实现了能量提升。

当然,这些升级需要时间和资金,NIF和其他核聚变科学家正在焦急等待着美国国家核安全管理局的审查结论。