
我們在地球上之所以能看到陽光、感受到溫暖,都是源自于發生在太陽核心的核聚變。核聚變指的是當原子合并在一起時,釋放出巨大能量的過程,這個過程可以在碳排放幾乎為零的情況下,源源不斷地提供綠色能源。但是,想在實驗室里實現核聚變并非易事,一個重大的挑戰就是“點火”(即聚變反應所產生的能量等于或超過輸入能量的時刻)。
2021年8月8日,美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的國家點火裝置(NIF)進行了一項新的實驗。NIF的科學家團隊重現了存在于太陽核心的極端溫度和壓力,NIF的強大的激光脈沖引發了燃料丸的核聚變爆炸,產生了1.35兆焦耳(MJ)能量——大約相當于一輛時速160公里的汽車的動能。這一能量達到觸發該過程的激光脈沖能量的70%,意味著接近核聚變“點火”,即反應產生的能量足以使反應持續下去,在無限聚變能源的道路上邁出了一大步。
NIF的方法被稱為慣性約束聚變,它使用一個巨大的激光器,在幾個橄欖球場大小的設施中產生192束激光束,這些激光束在20納秒內以短暫、強大的脈沖(1.9MJ)聚焦于目標。研究人員希望將盡可能多的能量注入目標容器——一個裝在橡皮擦大小圓柱體內的小球體,里面充滿了氘和氚。
當X射線脈沖在容器中引發內爆,把聚變燃料變成一個溫度高、密度大的小球時,便觸發核聚變。理論上,如果這種微小的核聚變爆炸能以每秒10次左右的速度觸發,那么發電廠就可以收集能量并發電。
早些時候,NIF團隊對實驗過程進行了改進,實現了幾次能量達100千焦(kJ)的反應。NIF最終創造了一個“燃燒的等離子體”,并向聚變反應本身為更多聚變提供熱量這一目標邁進。而這一次,一次反應產生了驚人的1.35MJ能量。
但研究人員表示,究竟是哪些改進產生了最大的影響,仍需要一段時間才能弄清楚。同時,這離實現核聚變發電廠的構想還有很長的路要走,畢竟在實驗室里進行核聚變已經非常困難,要經濟地獲得核聚變動力就更難了。■
《科學新聞》 (科學新聞2022年2月刊 封面)