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离可控核聚变更近一步,美国科学家复现了在聚变反应中实现净能量增益

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编辑 | 白菜叶

2023 年 8 月 6 日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)表示,研究团队自去年12月以来第二次在聚变反应中实现了净能量增益。

之前,LLNL 在 2022 年 12 月 5 日使用激光进行的聚变实验中实现了净能量增益。

该团队于2023 年 7 月 30 日在国家点火设施(NIF)进行的一项实验中重复了聚变点火的突破,产生了比 12 月更高的能量产量。

该实验在激光器向目标发射 2.05 兆焦耳能量后,产生了 3.15 兆焦耳的能量输出,从而短暂地实现了所谓的聚变点火。

「我们继续进行实验来研究这一令人兴奋的新科学体系。」该实验室发言人 Paul Rhien 在一份电子邮件声明中表示, 「对这些结果的分析正在进行中,但我们可以确认该实验的产量高于 12 月的测试。」

Rhien表示,在进行更多分析之前,实验室「不会讨论 7 月份实验的更多细节」。但该团队计划「在科学会议和同行评审出版物上分享结果,作为我们交流科学结果的正常流程的一部分。」

目前,核电站使用核裂变,通过分裂原子产生能量。虽然核能产生丰富的清洁能源,但它安全性一直令人们担忧。

另一方面,聚变通过将原子合并在一起来产生巨大能量。这一直是科学家的梦想,因为它可以创造无限的清洁能源,而不会产生核电的放射性副产品或熔化的风险。另外,发生聚变的燃料只是重氢原子,它可以在地球上丰富的东西:海水中找到。不需要开采铀。

研究人员以前曾产生过聚变反应,但引发反应所需的能量比他们能收回的能量要多。最后两个实验的关键在于,它们获得的能量比产生反应时投入的能量还要多。这种效率一直是聚变研究难以捉摸的圣杯。

不过,从某种意义上说,它是有限的,因为他们考虑的是为用于将氢原子粉碎在一起的激光器提供动力所需的能量,而不是使整个项目工作所需的能量。

白宫科学顾问 Arati Prabhakar 在新闻发布会上表示:「这是一个很好的例子,说明了一种可能性的实现、一个科学里程碑的实现以及通往清洁能源可能性的道路。」

尽管如此,科学家距离利用聚变产生的能量还很遥远。

研究人员每天只能产生一次聚变反应,因为他们必须让激光器冷却并更换燃料目标。但麻省理工学院等离子科学与聚变中心主任 Dennis Whyte 此前表示,商业上可行的聚变工厂需要能够每秒进行几次。

「一旦你获得了科学可行性。」他说,「你就必须弄清楚工程可行性。」

相关报道:

https://www.reuters.com/business/energy/us-scientists-repeat-fusion-power-breakthrough-ft-2023-08-06/

https://www.washingtonpost.com/climate-solutions/2023/08/06/nuclear-fusion-net-energy-gain-higher-yield/

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