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聚变实验打破记录,爆炸出10万亿瓦特的能量

国家点火装置(NIF)的摄影师达米恩·杰米森(Damien Jemison)拍摄了这张NIF激光束线进入目标室一部分的图像。杰米森需要五次曝光才能捕捉到微弱光斑中的光线范围。他还将结果图像转换为单调,说“最终结果是我对与世界上最高能量激光面对面时的感受的艺术看法。” (图片来源:达米恩·杰米森/NIF)

科学家们用了一种非传统的方法来创造核聚变用世界上最大的激光器向一个微小的氢粒子发射强烈的光束,从而产生超过10万亿瓦的破纪录的能量爆发。

北加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员说,他们在国家点火装置(NIF)将192个巨型激光聚焦到一个豌豆大小的小球上,结果在100万亿分之一秒内释放出1.3兆焦耳的能量,约为每时每刻照射地球的太阳光能量的10%,大约70%的能量是小球从激光中吸收的。科学家们希望有一天能达到粒子的盈亏平衡点或“点火”点,在那里它释放出的能量比吸收的能量高100%或更多。

能量产生量大大超过了科学家们的预期,远高于他们在2月份创下的170千焦耳的历史记录。

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研究人员希望这一结果将扩大他们研究核聚变武器的能力,核聚变武器是NIF的核心任务,并希望它能带来利用核聚变能量的新方法——核聚变过程为太阳和其他恒星提供动力。一些科学家希望有一天核聚变能成为地球上相对安全和可持续的能源生产方法。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室主任金·布迪尔说:“这一结果是惯性约束聚变研究向前迈出的历史性一步,为探索和推进我们关键的国家安全任务开辟了一个全新的领域。”,他在一份声明中说.

巨型激光器

现代核电站使用核能裂变,通过将铀和钚等元素的重原子核分裂成轻原子核来产生能量。但恒星可以从原子核中产生更多的能量融合,一种将较轻的原子核粉碎成较重元素的过程。

恒星可以融合许多不同的元素,包括碳和氧,但它们的主要能量来源是碳和氧的融合进入之内. 因为恒星太大,引力太强,所以在恒星内部的高压下会发生融合过程。

大多数地球上从核聚变中产生能量的努力,比如巨人ITER项目在法国建造,取而代之的是使用一个叫做托卡马克的圆环形腔室,将一个由热中子重氢组成的稀薄等离子体限制在强磁场中磁场.

科学家和工程师们为在托卡马克装置内实现可持续核聚变已经工作了60多年,但成果有限。但一些研究人员认为,他们将能够在几年内维持托卡马克核聚变,澳门金沙网上游戏《生活科学》此前报道. (国际热核实验堆预计不会这样做直到2035年以后.)

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室开发的方法是不使用托卡马克实现核聚变的几种方法之一。

相反,NFI使用了一组三个足球场大小的激光放大器,将激光束聚焦在一个33英尺宽(10米)的球形金属“靶室”中的氢燃料颗粒上。这些激光器是世界上最强大的,能够产生高达4兆焦耳的能量。

该方法最初的设计目的是让科学家能够研究热核武器(即所谓的氢弹)中氢的行为,但科学家认为它也可以用于核聚变发电。

虽然恒星可以融合许多不同的元素,但它们的主要能源来自氢与氦的融合。 (图片来源:Shutterstock)

聚变能

虽然NIF装置不能用于聚变发电厂——它的激光一天只能发射一次,而发电厂需要每秒蒸发几个燃料芯块——但仍在努力改进该工艺,使其能够商业化使用。

斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的等离子体物理学家西格弗里德·格伦泽(Siegfried Glenzer)曾在利弗莫尔设施工作,但并未参与这项新研究,他告诉《纽约时报》SLAC的科学家们正在研究一种低功率的激光系统,它可以发射得更快。

格伦泽希望,核聚变产生的能源将在替代化石燃料的努力中发挥重要作用。近年来,化石燃料一直被太阳能和其他技术所主导。他在《泰晤士报》的文章中说:“这对我们来说是非常有希望的,我们可以在地球上找到一种不会排放二氧化碳的能源。”澳门金沙网络娱乐场温室气体二氧化碳。

物理学家斯蒂芬·博德纳(Stephen Bodner)曾在华澳门金莎网上游戏盛顿特区海军研究实验室领导激光等离子体研究,但现已退休。他对NIF设计的一些细节持批评态度。但他承认,他对接近“点火”的结果感到惊讶Bodner告诉《泰晤士报》:“他们离点火的目标已经足够近了,收支平衡,可以称之为成功。”。

尽管博德纳赞成一种不同的设计,“但它向怀疑者表明,激光聚变概念没有根本错误,”他说,“现在是美国推进重大激光聚变能源计划的时候了。”

最初发表在《生活科学》上。澳门金沙网上游戏

编者按:这篇报道的标题被更新,表明“瓦特”是“功率”而不是“能量”的单位

汤姆·梅特卡夫(Tom Metcalfe)是一名驻伦敦的记者,主要写科学、太空、考古学、地球和海洋。他为英国广播公司、美国全国广播公司新闻、现场科学、国家地理、科学美国人、航空航天和其他媒体撰稿。澳门金沙网上游戏澳门金莎网络游戏