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世界最大激光器中 "燃烧"的氢气等离子体创下核聚变能量输出记录

2022-01-29 06:07:03 cnBeta.COM
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去年,位于北加州的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的科学家们宣布,在国家点火设施(NIF)100万亿分之一秒内释放了1.3兆焦耳的能量,创下了纪录,《生活科学》当时报道说。在两篇新的研究论文中,NIF的科学家们表明,这一成就归功于世界上最强大的激光系统核心的微小空腔和燃料舱的精密工程,核聚变就发生在这里。


研究人员报告说,尽管燃料舱只有大约一毫米(0.04英寸)宽,而且核聚变反应只持续了最短的时间,但其输出相当于每一瞬间照射到地球上所有太阳光能量的10%左右。研究人员表示,该反应爆发出如此多的能量,是因为核聚变过程本身将剩余的燃料加热成足够热的等离子体,以促成进一步的核聚变反应。

燃烧离子体是指来自核聚变反应加热成为等离子体中最主要的加热源,超过了启动或跳跃核聚变所需的加热。1月26日发表在《自然-物理学》上的一项研究描述了如何优化NIF以实现燃烧等离子体。 核聚变是为太阳等恒星提供动力的过程。它与核裂变不同,后者在地球上的发电厂中通过将重原子核,如钚分裂成更小的原子核来产生能量。当原子核被"融合",即连接在一起成为更大的原子核时,核聚变释放出大量的能量。


最简单的核聚变类型以氢为燃料,研究人员希望核聚变有朝一日能够利用地球海洋中丰富的氢气发展成为一种相对"清洁"的动力源。由于恒星非常大,其强大的引力意味着核聚变反应是在非常高的压力下进行的。但是在地球上,这样的压力是不可行的,因此聚变反应必须在非常高的温度下进行。(根据盖-吕萨克定律,在一定的体积内,随着气体温度的增加,压力也会增加,反之亦然)。

不同的实验者提出了不同的方法来维持高温下的核聚变反应,而国家点火设施专门采用一种叫做"惯性约束"的方法。它通过使用192个高功率的激光器撞击中心的微小氢气颗粒来创造高温,这些激光器本身消耗巨大的能量,只能每天发射一次左右。惯性约束方法是为测试热核武器而开创的,它离成为一个可行的动力源还有很长的路要走,这样的动力源必须每秒汽化几个这样的燃料颗粒,才能有足够大的能量输出来产生有用的电力。

但是,NIF最近已经成功地实现了超高的能量输出,即使只是在非常短暂的时刻。8月份的实验接近于从燃料颗粒中产生与投入能量一样多的能量,而且研究人员预计未来的实验将更加强大。

责任编辑:bH_03116

关键词: 科学探索 世界最大激光器中 "燃烧"的氢气等离子体创下核

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