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美国核聚变取得重大突破?商用聚变发电距离我们依然相当遥远?

优艾设计网 https://www.uibq.com 2022-12-14 09:06 出处:网络 作者:PS基础教程
从报纸上的消息来看,核聚变能源有很多其他能源无法比拟的优势,但是对于它在未来10年、20年甚至50年的能源体系中扮演什么角色,答案还是模糊的。

从报纸上的消息来看,核聚变能源有很多其他能源无法比拟的优势,但是对于它在未来10年、20年甚至50年的能源体系中扮演什么角色,答案还是模糊的。

美国能源部12月13日表示,将于周二宣布劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究人员取得的一项“重大科学突破”。发布人员包括美国能源部长詹妮弗格兰霍姆(Jennifer granholm)、美国国家核安全局局长吉尔赫鲁比(Jill Hrubi)等人。劳伦斯利弗莫尔国家实验室宣布,新闻发布会将于美国东部时间13日上午10点直播。

据推测,上述消息与核聚变研究有关。位于劳伦斯利弗莫尔实验室的国家点火装置是目前最大、最复杂的惯性约束聚变装置。它的主要任务是产生高能聚变反应,这依赖于激光系统中心微腔和燃料舱的精密工程。根据国际原子能机构的数据,其点火装置有192个激光器,是世界上最大的激光装置。

激光聚变是一种引发核聚变反应的方法,是磁约束的潜在替代品。“一个名为‘空腔’的圆柱形金色容器内装有一个装有氘氚燃料的胶囊。容器的内壁被激光加热,激光与腔体的相互作用产生X射线,X射线加热并压缩胶囊,在丸粒中形成中心热点,在这里发生聚变反应。”国际原子能机构(IAEA)介绍了该装置,称国家点火设施的胶囊要实现3354核聚变点火达到完全自持,释放的能量要比其吸收的能量优艾设计网_电脑技术多30倍左右。

在美国能源部发布上述消息的几个小时前,《金融时报》援引知情人士的消息称,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员在过去两周的聚变实验中首次实现了净能量增益。“聚变反应产生约2.5兆焦耳的能量,约为激光装置消耗的2.1兆焦耳的120%。具体数据还在进一步分析中。”

中国核聚变研究领域的专业人士对论文表示,如果得到证实,这一进展的物理意义将更大,证明了除磁约束聚变外惯性约束聚变技术的可行性。但由于持续时间太短,这并不意味着清洁无止境的核聚变发电触手可及。

“在所有商业化条件变得可行之前,这仍然是几十年漫长道路上的第一步。这是微小但意义重大的第一步。”物理学家劳伦斯克劳斯(Lawrence Krauss)在社交平台上评论此事时,仍对核聚变的商业应用前景持怀疑态度。

离实现可控核聚变的实际应用还有多远?在这个问题上,业内一直有一个笑话,核聚变是一项“离成功还有50年”的技术。

国内外多位聚变能学者曾对论文表示,这种说法一方面反映了核聚变研究和工程技术的难度;另一方面,也与早期对核聚变的研究不够深入有关:随着研究的逐步推进,会发现许多意想不到的技术挑战已经凸显出来,克服这些未知的挑战还需要时间。受控核聚变的科学可行性在20世纪90年代已经得到证实,但其商业发电仍然遥遥无期。

这种参差不齐的科研过程,在劳伦斯利弗莫尔国家实验室的聚变研究中体现得淋漓尽致。

2021年8月,该实验室宣布,破纪录的聚变反应——在不到一秒的时间内产生了超过10万亿瓦的聚变功率。这一突破使长期处于休眠状态的国家点火设施复活了。

然而,重复实验的尝试失败了。

据《自然》称:“2021年8月8日破纪录的激光实验证明,该装置最终完成了其主要任务,但此后反复实验所获得的能量最多只能达到那次的50%。研究人员计划重复时要做好挫折的准备,因为这个庞然大物目前正运行在聚变‘点火’3354的临界点上。这时,不同实验之间微小的、偶然的差异都会对结果产生巨大的影响。尽管如此,对于许多人来说,去年8月实验的反复失败表明,研究人员仍然无法准确理解、操纵和预测这种高能实验。”

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