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美国点火计划在麻烦中前行
在地球上,核聚变最先是在氢弹中大量产生的。在氢弹中,引爆用的原子弹所产生的高温高压,使氢弹中的聚变燃料挤压在一起,由于物质的惯性,在飞散之前产生大量聚变(也叫惯性约束核聚变)。只不过,氢弹爆炸威力巨大,人类无法控制它。
上个世纪60年代,利用该原理,前苏联科学家提出并证明了激光可以使氘氚发生聚变。直到2009年,耗资35亿美元的美国国家点火装置(简称NIF)终于让科学家看到了激光核聚变实现的可能性,人类寄希望于能从该实验室中获得“取之不尽,用之不竭”的清洁核能。
这个世界上最大的激光聚变机器坐落在加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一个特大号“仓库”里。在装置内部,激光器会产生192条激光束,射向一个含氘氚的氢球形靶丸上使其崩溃,并产生一亿摄氏度左右的高温,从而触发氢原子聚变,释放大量能量。激光和氢靶丸的碰撞过程极其短暂,仅持续数几个纳秒(1纳秒等于10亿分之1秒)。为了达至临界点或者说点燃反应堆,激光器的设计能量为1.8兆焦耳。
早在去年,据《自然》杂志报道,被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF)所发射出的激光已经达到了2兆焦,也是激光向核聚变能源迈出的第一步。
近日,据BBC新闻网10月7日报道,在9月末进行的一次聚变实验中,聚变反应释放出的能量超过了氢燃料球吸收的能量——在全世界聚变装置中取得了里程碑突破。不过,记者尚未在劳伦斯利弗莫尔国家实验室官方网站上看到该消息。
事实上,NIF项目并非一帆风顺,NIF研究团队点火目标的推进曾一推再推。据《科学美国人》报道,去年美国国家科学院专家小组的一份中期报告显示,NIF激光触发核聚变的方法并不被十分看好。
王晓方告诉笔者,激光器的发射重复率还很低,无法持续聚变产能。“这是因为,目前激光器所使用的玻璃放大介质无法满足既在单位时间内能发射更多次数,又保证激光束的质量。”
目前,NIF的激光器每天只能发射几次。只有当每秒钟发生三四次甚至更多的核聚变且连续不断地进行下去,并且每次聚变的能量增益达到10~100倍,才能实现实用化。
“为了提高激光发射的重复率,科学家也在研发新型激光器,比如半导体激光泵浦,还有光纤激光器等。”但王晓方表示,这些激光器尚不能做成足够的规模,激光输出的能量还不足以来实现聚变点火。“目前,还没有找到提高激光发射重复率从而持续聚变产能的好办法。”
据了解,近日,NIF研究团队已经将激光对准了真正的燃料球,实验更进一步,但点火靶球却在极端的温度和压力下屡次过早破裂。不难看出,美国国家点火装置的麻烦始终与新进展同在。
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