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“美国国家点火装置”将于近日进行核聚变点火

2009-02-01 09:35
Timeless落尘
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激光束进行放大的镜子数以千计 

 

 

将发生核聚变的反应室 

 

 

产生高能激光的设备 

 

 

激光点燃人造小太阳(艺术图)               

 
 
    最近,美国研究人员将用激光点燃一个人造太阳,它就是“美国国家点火装置”,俗称“美国人造小太阳”。石油、天然气、煤炭等不可再生的矿物能源,不仅造成温室效应,而且还有枯竭之忧。从长远来看,核聚变能将是人类未来能源的主导形式,被科学家称为“能源危机的终结者”。


    
    地球最大的能量来源是太阳。太阳是我们已知的最有效率的一种能量机器,它的内部有大量氢的同位素重氢和超重氢,正发生着核聚变反应,生成一些大原子,同时发出光和热。为了应对可能出现的能源危机,世界上不少国家都在开展人造太阳的核聚变研究。参与美国人造小太阳研究的科学家表示,现有的核电厂和核武器都是采用核裂变的方式来获得能量,这种能量获取方式会产生放射性物质,对人类和周边环境构成危害。因此,核裂变发电厂将渐渐退出能源舞台,而被核聚变发电厂所代替。


    
    核聚变反应所需要的燃料地球上到处都是,人们不必担心原料会像石油那样逐渐枯竭。重氢可以从海水中提取,生产超重氢所需要的锂元素可以从一般的石头中提取。这两种原材料,也就是水和石头,地球上可以说是无穷无尽的。而且,核聚变反应释放的能量大得超出人们的想象。形象地来说,就是三瓶矿泉水就可以为一个四口之家提供一年的电力。


    
    由于太阳引力巨大,可以让其中的燃料处于高度压缩状态,氢及其同位素原子的距离变得很小,核聚变可以自然地发生,但在地球上的自然条件下却无法实现自发的持续核聚变。在氢弹中,爆发是在瞬间发生并完成的,可以用一个原子弹提供高温和高压,引发核聚变,但在反应堆里,不宜采用这种方式,否则反应会难以控制。要想让氘原子和氚原子在特殊的位置发生碰撞并且发生聚变,需要1亿摄氏度以上的极高温环境。因此,人造小太阳的核心技术是点火。


    
    曾经有不少科学家认为可控核聚变反应是不可能实现的。近年来,科学家找到了一些点燃热聚变反应的方法,美国研究人员找到的方法是利用高能激光。虽然科学家们也尝试了其他种核聚变发生技术,但从已完成的实验效果看,激光技术是目前最有效的手段。除激光外,利用超高温微波加热法,也可达到点燃核聚变的温度。


    
    美国人造小太阳耗资12亿美元,是世界上最大的激光点火装置,整个激光装置的大厅有215米长,120米宽,每次激光脉冲持续时间大约为十亿分之一秒,最大输出能量为 1800千焦,其瞬间最大输出功率为54000亿千瓦,是美国所有电厂输出功率的500倍。如此大功率的激光装置完全能点燃人造小太阳。


    
    在激光点火装置内,一束红外线激光经过许多面透镜和凹面镜的折射和反射之后,将变成一束功率巨大的激光束。然后,研究人员再将该激光束转变为192束单独的紫外线激光束,照向目标反应室的聚变舱中心。当激光束照射到聚变舱内部时,瞬间产生高能X射线,压缩燃料球芯块直至其外壳发生爆裂。燃料球芯块外壳爆裂会产生一种同样大小的反向作用力,向内压缩燃料,直到引起燃料内部的核聚变,从而产生巨大能量。


    
    美国人造小太阳将于 2009年春季首次点火。参与此次科研工作的主要是美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家。科学家们实验的目的就是利用一粒不超过针头大小的核燃料来产生1亿摄氏度的高温和超过地球气压数十亿倍的高压。如果实验能够成功,将标志着具有实际意义的核聚变发电站建设已经迈出了第一步。


    
    据专家估计,商业化的核聚变发电厂最早也要到2050年才会开始运行。这一天还非常遥远,科学家们还必须通过许多考验。如果核聚变发电能够研究成功,将对人类的能源供应产生最为深远的影响,它将成为人类有效利用核聚变能的重要一步,人类将真正拥有取之不尽用之不竭的清洁新能源。(编辑:曾聪)

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