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美国核聚变国家点火装置(NIF)首次实现输出能量超出输入能量
送交者:  2013年10月08日20:01:26 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话

据英国广播公司7日报导,可控核聚变实验已经取得了具有里程碑意义的突破:输出能量超出输入能量。在9月底,美国利弗莫尔国家实验室的国家点火装置 (National Ignition Facility)利用192束高能激光聚焦到氢燃料球上,创造高温高压以点燃核聚变反应。在试验中,反应释放出的能量超过了氢燃料球吸收的能量,此前, 中国的“东方超环”托克马克装置也曾实现输出能量大于输入能量,但和美国国家点火装置存在一定差距。

国家点火装置

国家点火装置的靶室(192束激光聚焦在小小的氘-氚靶丸上)

国家点火装置的靶室(192束激光聚焦在小小的氘-氚靶丸上) 

据研究小组的报告称,在“点火”过程中,工程师们直接将点火装置的激光对准了含有氘和氚原子的燃料球,激光器随后以接近太阳中心的温度对原子进行加 热。国家点火装置惯性约束聚变副主任约翰·爱德华兹表示,他们需要在一个非常可控的方式下利用激光束快速加热(点火要求在十亿分之一秒内),使目标物的最 外层发生爆炸,目标物的剩余部分在强烈内爆的驱使下,内部燃料瞬间压缩,形成冲击波,进一步加热中心区域的燃料,导致可持续性燃烧,进而产生巨大能量。

作为“点火”目标的燃料球,球的直径大约2毫米,含有氘和氚原子

“点火”设备

尽管在试验过程中遇到了一些障碍,但英国广播公司报导说,本次试验依旧做到了能量输出大于输入,这对于聚变的研究可谓是突破性的,将进一步推动聚变能的研究。

1992年7月,时任美国总统克林顿宣布美国继续暂停核试验,同时责成能源部探索在不进行地下核试验的情况下确保美国核弹头先进、可靠和保密的其他 途径。在此情况下,国家点火装置应运而生。该计划自1994年启动,于1997年正式开始工程建设,2009年竣工,并在2010年开始点火试验。整个用 于容纳国家点火装置的建筑物长215米,宽120米,相当于三个足球场是目前世界上最大的激光聚变机器。有估算称,国家点火装置总预算达到70亿美元。

国家点火装置的设计初衷是用于测试核武器可靠性,是美国“无爆炸核试验”不可或缺的部分。国家点火装备还被用来保证美国的能源安 全。科学家希望从2010年开始借助国家点火装置来制造类似太阳内部的可控氢核聚变反应,最终用来生产可持续的清洁能源,这与我国的“神光”计划较为类 似。

国家点火装置还被用来模拟超新星、黑洞边界、恒星和巨大行星内核的环境,进行科学试验。这些试验大部分不会保密,将为科学界提供大量此前无法获取的数据。

科研人员正在检查相关机器

为国家点火装置激光器的7680个闪光灯提供电能的超过160公里的高压电缆 

为国家点火装置激光器的7680个闪光灯提供电能的超过160公里的高压电缆

在去年7月5日,国家点火装置曾经将192束激光束成功融合成一个单一脉冲,产生了1.8兆焦耳的能量和500万亿瓦的峰值功率,相当于美国在任何 特定时刻内全国耗电量的1000多倍,成为人类历史上发射的能量最大的激光脉冲。在聚变能研究领域,国家点火装置以成为“第一个突破平衡点的设施”为目 标。突破平衡点指产生的能量大于启动它所需要的能量,即“能量增益”,而这是半个多世纪以来核聚变工作者梦寐以求的目标。本次实现能量“盈余”,意味着国 家点火装置离实现该目标又迈进了一步。

尽管如此,由于受到种种压力,国家点火装置不得不于2012年末将工作重点由聚变能研究领域重新转回到核武器试验上。据当时《自然》在线版报道,主 要原因是部分美国政府官员认为,激光核聚变与产生电能尚有距离,同时还夺走了其他领域本来就不宽裕的资金。但多数科学家非常难以接受这个伟大的清洁能源之 梦就此夭折,他们对国家点火装置的研究进展进行辩护,也对美国政府的决议大加抨击。

此外,目前国际社会“反核”声浪依然极高,因此绿色和平组织等机构也提出了将用于研究核聚变的资金转移出来研究风能及波浪能发电技术的要求;加之美国国家点火装置与美国核武器计划有关联,该项目也遭到了一些反核武人士的反对。

国家点火装置外景

可控核聚变被誉为清洁能源领域的“圣杯”。经过计算发现,1升海水中提取出的氘完全聚变反应,放出的能量能达到100倍数量级的汽油燃烧释放的能 量,因此若实现可控核聚变,人类将在一个相当长的历史时期内无需担心能源问题。半个世纪以来,可控核聚变研究经历了无数次的挫折,但各国并未放弃该领域的 研发工作。除了美国国家点火装置之外,俄罗斯、法国等国也纷纷设计了T-15、Tore-Supra等各种可控核聚变装置,并取得了一定的进展.

我国在该领域处于世界前列,设计了“东方超环”等托卡马克聚变装置以及“神光I”、“神光-II”等可用于核聚变试验的固体激光器,进行了多项研究;而“东方超环”装置也在上个月再次进行了实验,成功验证了一些技术。

东方超环(EAST)是世界上首个全超导托卡马克可控核聚变装置,2007年通过验收,2010年取得了重大的科技成果:大于60倍的能量约束时间 高约束模式(H模)等离子体放电(输出能量大于输入能量60倍,世界其他此类装置中,这个H最大也不到2),维持时间长达6.4秒;100秒1500万度 长脉冲等离子体放电(目前最高温度达4000万度);最高等离子体平均电流达1兆安。这三项都处于国际领先水平,主要瓶颈已经突破,下一步的计划是实现1 亿度温度和1000秒放电时间,然后就可以建设聚变堆了。

我国“东方超环”聚变装置

此外,中国、美国、俄罗斯等多个国家和国际组织也在聚变研究领域展开了合作,计划在法国建设一个名为ITER的核聚变实验堆,并为建设未来的聚变电 站做好技术准备。根据同ITER组织达成的协议,中国承担了ITER装置近8%的采购包,包括包层壁、线圈导体等12个任务,基本涵盖了ITER核心关键 部件。

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      你知不知道现在那个NIF有多大?花了多少钱? - laozhang 10/09/13 (139)
        大概就鸟巢那么大,花的钱不及太阳能上浪费的20分之一 - 道友 10/09/13 (163)
          我只能说你不是干这行的。太阳能不行,这个也不行,都是忽悠。  /无内容 - laozhang 10/09/13 (113)
            你懂个狗屁  /无内容 - 道友 10/09/13 (111)
  美国的成果是真的,TG那个是瞎吹。  /无内容 - 道友 10/08/13 (102)
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