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重大进展:美国国家点火装置首次实现能量“盈余”

2013-10-09 00:02
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  ——据英国广播公司7日报导,可控核聚变实验已经取得了具有里程碑意义的突破:输出能量超出输入能量。在9月底,美国利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(National Ignition Facility)利用192束高能激光聚焦到氢燃料球上,创造高温高压以点燃核聚变反应。在试验中,反应释放出的能量超过了氢燃料球吸收的能量,此前,中国的“东方超环”托克马克装置也曾实现输出能量大于输入能量,但和美国国家点火装置存在一定差距。

  据研究小组的报告称,在“点火”过程中,工程师们直接将点火装置的激光对准了含有氘和氚原子的燃料球,激光器随后以接近太阳中心的温度对原子进行加热。国家点火装置惯性约束聚变副主任约翰·爱德华兹表示,他们需要在一个非常可控的方式下利用激光束快速加热(点火要求在十亿分之一秒内),使目标物的最外层发生爆炸,目标物的剩余部分在强烈内爆的驱使下,内部燃料瞬间压缩,形成冲击波,进一步加热中心区域的燃料,导致可持续性燃烧,进而产生巨大能量。

  尽管在试验过程中遇到了一些障碍,但英国广播公司报导说,本次试验依旧做到了能量输出大于输入,这对于聚变的研究可谓是突破性的,将进一步推动聚变能的研究。

  1992年7月,时任美国总统克林顿宣布美国继续暂停核试验,同时责成能源部探索在不进行地下核试验的情况下确保美国核弹头先进、可靠和保密的其他途径。在此情况下,国家点火装置应运而生。该计划自1994年启动,于1997年正式开始工程建设,2009年竣工,并在2010年开始点火试验。整个用于容纳国家点火装置的建筑物长215米,宽120米,相当于三个足球场是目前世界上最大的激光聚变机器。有估算称,国家点火装置总预算达到70亿美元。

  国家点火装置的设计初衷是用于测试核武器可靠性,是美国“无爆炸核试验”不可或缺的部分。国家点火装备还被用来保证美国的能源安全。科学家希望从2010年开始借助国家点火装置来制造类似太阳内部的可控氢核聚变反应,最终用来生产可持续的清洁能源,这与我国的“神光”计划较为类似。

  国家点火装置还被用来模拟超新星、黑洞边界、恒星和巨大行星内核的环境,进行科学试验。这些试验大部分不会保密,将为科学界提供大量此前无法获取的数据。

  在去年7月5日,国家点火装置曾经将192束激光束成功融合成一个单一脉冲,产生了1.8兆焦耳的能量和500万亿瓦的峰值功率,相当于美国在任何特定时刻内全国耗电量的1000多倍,成为人类历史上发射的能量最大的激光脉冲。在聚变能研究领域,国家点火装置以成为“第一个突破平衡点的设施”为目标。突破平衡点指产生的能量大于启动它所需要的能量,即“能量增益”,而这是半个多世纪以来核聚变工作者梦寐以求的目标。本次实现能量“盈余”,意味着国家点火装置离实现该目标又迈进了一步。

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