加利福尼亞州的科學家們向一個裝有花椒粒大小燃料膠囊的圓柱體發射了近 200 道激光,在探索核聚變能源的道路上又邁出了一步。
去年 12 月的一個早晨,位於加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的國家點火裝置(National Ignition Facility)的科學家們在一個名為 "點火 "的過程中,成功地進行了核聚變反應,釋放的能量超過了使用的能量,這在世界上尚屬首次。
根據 LLNL 12 月份的一份報告,他們表示今年已經成功複製了至少三次點火過程。這標誌著有朝一日可能成為解決主要由化石燃料燃燒造成的全球氣候危機的重要方案的又一重要步驟。
幾十年來,科學家們一直試圖利用核聚變能源,從根本上在地球上重現太陽的能量。
在去年取得了曆史性的淨能源收益後,下一個重要步驟就是證明這一過程可以複製。
倫敦帝國理工學院慣性聚變研究中心的研究員布萊恩-阿佩爾貝說,複製能力證明了這一過程的 "穩健性",表明即使激光或燃料顆粒等條件發生變化,也能實現這一過程。
阿佩爾貝告訴美國有線電視新聞網(CNN),每次實驗還提供了一個詳細研究點火物理學的機會。"這為科學家們解決下一個需要克服的挑戰提供了寶貴的信息:如何最大限度地獲得能量"。
核聚變與核裂變不同--核裂變是當今世界上核電站所使用的由原子分裂產生的過程--核聚變不會留下長壽命的放射性廢物。隨著氣候危機的加劇,人們越來越迫切地希望放棄會使地球升溫的化石燃料,因此安全、清潔的豐富能源的前景十分誘人。
核聚變是為太陽和其他恒星提供能量的反應,它是將兩個或兩個以上的原子撞擊在一起,形成一個密度更大的原子,在這個過程中會釋放出巨大的能量。
利用核聚變產生能量的方法多種多樣,但在 NIF,科學家們用近 200 個激光器陣列向一個花椒粒大小的金剛石膠囊內的氫燃料顆粒發射激光,膠囊本身位於一個金圓筒內。激光加熱圓柱體外部,產生一係列極快的爆炸,產生大量能量,並以熱量的形式收集起來。
2022 年 12 月產生的能量很小--大約需要 2 兆焦耳的能量來驅動反應,總共釋放出 315 萬焦耳,足以燒開大約 10 桶水。但這足以使點火成功,並證明激光核聚變能夠產生能量。
此後,科學家們又進行了多次點火。報告稱,7 月 30 日,NIF 激光器向目標發射了略高於 2 兆焦耳的激光,產生了 388 兆焦耳的能量--這是迄今為止實現的最高能量產出。隨後在 10 月份進行的兩次實驗也取得了淨收益。
"報告說:"這些結果表明,NIF 有能力持續產生兆焦耳級的聚變能量。
然而,要使核聚變達到為電網和供熱係統供電所需的規模,還有很長的路要走。現在的重點是在已取得進展的基礎上再接再厲,想辦法大幅擴大核聚變項目的規模,並顯著降低成本。
在迪拜舉行的 COP28 氣候峰會上,美國氣候特使約翰-克裏(John Kerry)發起了一項涉及 30 多個國家的國際參與計劃,旨在促進核聚變,幫助解決氣候危機。
"克裏在氣候會議上說:"核聚變有可能徹底改變我們的世界,改變擺在我們麵前的所有選擇,為世界提供豐富而清潔的能源,同時避免傳統能源的有害排放。12 月,美國能源部宣布投資 4200 萬美元用於一項計劃,將包括 LLNL 在內的多個機構聯合起來,建立以推進核聚變為重點的 "中心"。
"美國能源部長詹妮弗-格蘭霍姆在一份聲明中說:"利用核聚變能源是21世紀最大的科技挑戰之一。"我們現在有信心,聚變能源不僅是可能的,而且是有可能成為現實的"。