激光核聚变初见曙光激光点火仍是难题新时代

作者: 时间:2020年06月02日 0条点评

日前有消息称,美国加利福尼亚州北部劳伦斯 利弗莫尔国家实验室的聚变装置 国家点火装置 (NI做起来次要F)在最近的一次试验中,核聚变反应产生的能量首次超过了燃料吸收的能量。这既是重要的科研进展,也预示人类向着获得 永久的清洁能源 的理想又前进了一大步。

所有进入这个转笔刀大小的圆柱体金属舱内部时,它们将产生强烈的X光线。这些X光线不仅仅可以把豌豆大小的氢燃料球压缩成一个直径只有人类头发丝截面直径大小的小点,它还能够将其加热到大约 00万摄氏度的高温。尽管激光的爆发只能持续大约十亿分之一秒,但物理学家们仍然希望这种强烈的脉冲可以迫使氢原子相互结合形成氦,同时释放出足够的能量以激活周围其他氢原子的聚变,直到燃料用尽为止。

随着人类社会生产与生活对能源的需求不断增加,化石燃料开采量据中国之声《纵横》报道越来越大,资源枯竭问题越来越突出。现实要求我们必须尽快寻求其他方法,大量生产安全、可靠、无污染、清洁环保的可持续能源,以满足未来人类社会发展的长期需要。

对核聚变能的研究之所以一直受到科学家的普遍重视,是因为以这种方式获得的能源,所用的燃料(例如氢元素中的两个同位素氘和氚)就存在于海水中,永不枯竭;它不排放二氧化碳,不会对地球大气产生温室效应,不需处理那些伤害人类居住环境的、具有非常长半衰期的强放射性核废料,不会发生铀基核裂变电站堆芯熔融的核事故!

尽管有这么多诱人的好处,但长期以来核聚变能被各大国政府所持的能源政策所忽视,其理由是,核聚变能的研究离实用还很遥远,技术 太不成熟 了。

实现核聚变

需超高温、超高压两个条件

众所周知,核聚变能是宇宙中恒星(例如太阳)的动力来源。而太阳深部之所以能产生热核聚变反应,是因为太阳内部有极高的温度;太阳深部物质等离子体遭遇来自太阳中心的、天然存在的巨大重力压力。这意味着太阳深部物质等离子体的密度极大。

人类想要在地球上成功模拟太阳内部不断发生的热核聚变过程而获得巨大能量,就必须为能产生聚变的物质等离子体创造两个必要条件,即:极高的温度和极大的压力(即极大的密度)。这也是氢弹成功爆炸的必要条件。

从物理学基本知识可知,温度越高,物质粒子运动的动能就越大,运动越激烈。按照科学家的理论估算,等离子体内离子的动能必须大于10~20千电子伏,核聚变才可能发生。这就是说,等离子体的温度至少要高于1.1亿摄氏度。

等离子体是物质的第四态,压力、温度、体积三者的相互关系也具有与气体相似的性质,被称为 类气体 。如果大大增加压力,等离子体的体积就会被压缩,这意味着在它内部的粒子相互碰撞的机会大大增加。对于氘-氚核聚变反应来说,科学家推算,等离子体密度要大于200~1000 克/立方厘米,大致相当于固态铅密度的100倍。要做到这一点显然极其艰难,因为等离子体中的氘核和氚核都带正电荷,自然产生静电斥力,而且极高的温度使等离子体内粒子的运动更剧烈,所以,要和离子间的斥力抗争,科学家必须引入极为强大的压力(至少相当于地球表面大气压的1000亿倍)施与高温等离子体。


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