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美人造太阳牛刀小试首次实验能量达一兆焦

发布时间:2020-03-20 10:26:19阅读:来源:凯锐试验机

被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF)于近日完成了其首次综合点火实验——192束激光系统向首个低温靶室发射了1兆焦(MJ)激光能量。彼时,在这台全球最大激光器的落成仪式上,美国加州州长施瓦辛格曾不遗余力地称其为加州和美国的伟大成就,“人类将有史以来第一次在实验室里面 获得核聚变能源”,更将有可能使美国的能源结构产生革命性变化。如今,初试身手即突破“兆焦”屏障,使NIF距离实现聚变点火愈来愈近。伴随着锋铓渐露, 其将能保证美国能源安全的呼声已是愈来愈高。

NIF实现受控核聚变之梦?

最简单的描写核聚变,就是两个轻的原子核相碰,构成一个原子核并释放出能量的反应。在自然界,太阳的内部连续不断地进行着氢聚变成氦进程,因此太阳产生的光和热就是由核聚变带来的。

这是人类没法不觊觎的巨大能量。但“人造太阳”要能为我们所用,就必须使核聚变在人为控制下进行,掌握核聚变的速度和范围,实现延续、安稳的能量输出。

受控核聚变前景之诱人,还不单单由于能量的产生,而且由于核聚变所需的原料——氢的同位素氘可以从海水中提取。据估测,每升海水中含有0.03 克氘,地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。简单计算可得出,1升海水中提取出的氘完全聚变反应,放出的能量能到达100倍数量级的汽油燃烧释放的能量,因 此受控核聚变的研究成功几近能使人类摆脱能源危机的困扰。

从1997年起,NIF开始承载了人类的清洁能源之梦。这个巨型激光器总共耗资约35亿美元,目标是当时世界第二大激光器、美国罗切斯特大学激 光器能量的60倍至70倍。于启动时,激光束会聚焦到一个很小的点上,从而产生上亿摄氏度高温,摹拟出像恒星内核或核爆炸那末强烈的温度与压力。

它的卖点——亦是与此前激光器不同之处在于,其要成为“第一个突破平衡点的设施”,这个突破平衡点,指产生的能量大于启动它所需要的能量,即“能量增益”,这是半个多世纪以来核聚变工作者梦寐以求的目标。

要能源,也要核武器安全

2009年5月29日,美国国家点火装置(NIF)于利弗莫尔劳伦斯国家实验所落成,研究人员开始着手尝试如何“驾驭太阳的能量”。

今年2月,测试表明,NIF已具有能力去发射1.2兆焦至1.3兆焦能量的激光脉冲去点燃聚变反应。

直到今年10月上旬,NIF终究完成了其首次综合点火实验。在其装置的内部,红外线激光经折射和反射后,功率会实现陡增,工作人员再将该激光转 变成192束激光束,射向聚变舱。聚变舱的内部会在瞬间紧缩,导致燃料球产生爆裂引发燃料产生核聚变反应,迸发巨大能量,完成点火进程。

此次实验中,192束激光系统向首个低温靶室发射了1兆焦的激光能量,与之前在罗切斯特大学激光器实验相比,能量提高了30倍。激光发射进程共 有26个靶诊断系统(诊断系统,可监测靶系统中在不同位置时的束流)运行,演示了进行点火攻关活动所需的复杂系统综合能力,而所有系统的运行都表现成功。

NIF项目主任埃德·摩西称“这是惯性束缚聚变50年历史中的重要时刻”。惯性束缚,正是实现受控核聚变的著名方式之一。

美国国家核安全局(NNSA)国防项目负责人唐·库克则表示,这一次成功是NNSA实验室最好工作的典范,NNSA正将最好的科学、工程和技术思想聚集在一起,以期来解决一些最重大的国家挑战。

这使人们想起,还在NIF施工之际,外媒指出NIF的重要目的是帮助政府确保美国“老年”核武器可靠性,尔后才是建成一座核聚变发电站。

在制止核武器实验的情况下,实验室里摹拟核武器的进程却能等同于这类测试。NIF项目耗资不菲,表达出为政府效率的“决心”自然也是应当的。

如核安全局局长托马斯·D·阿戈斯蒂诺的解释:“NIF是美国库存管理计划的关键组成部分,库存管理计划的目标是在不进行地下核试验的条件下保 持核威慑的安全有效。这项重要进展是国家安全投资可以在其他领域产生利益的一个例证,NIF可以用于能源技术发展或使人们更好地了解宇宙。”

而实验项目主任摩西认为,不管从综合性斟酌还是从物理学角度,这次实验都是可谓杰出的。

据此前报导,NIF预计所能够到达的全部能量为1.8兆焦,此首度点火实验只是“小试牛刀”,但随着这项实验的完成,NIF将在下一阶段的攻关活动中,让聚变点火到达顶点。文/科技日报

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