核聚變重大突破,科學家再次實現核聚變突破淨能量增益!

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科技 Tech


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實驗性核反應,產生的能量比輸入的能量還要多,震驚了世界,這是科學界的聖杯,旨在尋求無限的清潔能源,以結束化石燃料時代。

科技正以前所未有的速度和規模發展,引發多個領域的變革,塑造了新的商業模式,甚至重塑了全新社會結構。我們一起,從科技創新中洞察社會轉型和升級的機遇。

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美國勞倫斯利佛摩國家實驗室/Lawrence Livermore National Laboratory,簡稱LLNL週日2023年8月6日宣布,繼去年12月以後,第二度使用實驗性質的核融合反應爐,達成“能量淨增益”,而且產能還更高。該實驗室的科學家在7月30日在“國家點火設施”/National Ignition Facility嘗試重複核融合點火,結果達成的能量淨增益比去年12月更高。美國重複了核聚變實驗,讓科學家們離創造無盡的清潔能源又近了一步。


國家點火裝置/NIF使用強大的激光系統和X射線實現了聚變點火。圖片來源:NIF,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室。

LLNL發言人表示,目前結果還在分析中,“自從2022年12月第一次在國家點火設施展現融合點火,我們繼續做實驗,研究這個令人興奮的新科學機制。在7月30日進行的實驗,我們在國家點火設施重複了點火。按照我們的標準做法,會在接下的科學研討會和同儕審核的發表中報告這些結果。”

LLNL實驗室去年12月5日利用雷射進行核融合實驗,達成能量淨增益。主要就是將超高能量雷射光束集中在一個目標燃料上,將兩種比較輕的原子融合成為一種更重的原子,釋放出能量。當時能源部表示,雷射光束對目標射出2.05百萬焦耳/MJ能量後,產生3.15百萬焦耳的能量,這些能量大約足以為家用熨斗供電一個小時。換言之,產生的能量超乎投入的能量。

自20世紀50年代以來,物理學家們一直試圖利用為太陽提供能量的核聚變反應,但直到去年12月,還沒有任何研究小組能夠從該反應中產生比其消耗更多的能量--這種情況也被稱為點火。能源部當時把這稱為數十年來重大科學突破,可以為國家防進展和未來的清淨電力鋪路。科學家過去100年已知融合技術就是太陽能量的來源,一直努力在地球上發展融合技術。未來企業如果能將零碳排放的核融合技術提升至商業規模,可望有效幫助減緩氣候變遷的影響。

許多人認為聚變能是解決世界排放問題和持續能源短缺的靈丹妙藥。它將兩種類型的氫(氘和氚)粉碎在一起,產生中子和大量能量,且不產生溫室氣體。與核裂變不同的是,它不會產生放射性廢物,私營公司和政府都希望在15年內破解聚變發電。

然而,要實現核聚變在工業規模上可行、為家庭和企業提供電力,還有很長的路要走。世界各地的核電站目前利用裂變(重原子核的分裂)來產生能量。另一方面,聚變將兩個輕氫原子結合成一個較重的氦原子,在此過程中釋放大量能量。這就是恆星內部的情況,包括我們的太陽。在地球上,可以通過在專用設備內將氫加熱到極端溫度來引發 聚變反應。與裂變一樣,聚變在運行過程中是無碳的,並且具有其他關鍵優勢:它不會造成核災難的風險,並且產生的放射性廢物也少得多。

儘管許多科學家認為聚變發電站還需要幾十年的時間,但該技術的潛力不容忽視。聚變反應不排放碳,不產生長壽命的放射性廢物,理論上一小杯氫燃料可以為房屋提供數百年的電力。研究最廣泛的方法被稱為磁約束,它使用巨大的磁鐵將燃料固定在適當的位置,同時將其加熱到比太陽還熱的溫度。National Ignition Facility/NIF使用一種不同的過程,稱為慣性約束,向一個微小的燃料膠囊發射世界上最大的激光,從而引發內爆。

在這種情況下,能量增益僅將產生的能量與激光器中的能量進行比較,而不是與從電網為系統供電的總能量進行比較,後者要高得多。科學家估計,商業聚變需要產生的能量是激光能量的30到100倍。NIF每天最多進行一次射擊,而內部密閉發電廠可能需要每秒完成幾次射擊。然而,一位了解結果的人士表示,NIF在取得初步突破“僅八個月”後就取得了改善,這進一步表明進展速度正在加快。

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