美科學家首次在核聚變反應中實現(xiàn)“凈能量增益” 無限清潔能源或將成為現(xiàn)實？
編者按：12月13日，美國能源部和美國能源部國家核安全局宣布，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室研究團隊首次在核聚變實驗中實現(xiàn)“凈能量增益”，即聚變反應產生的能量大于促發(fā)該反應的鐳射能量。美國能源部部長詹妮弗·格蘭霍姆稱這一突破是一項里程碑式的成就，是幾十年來的重大科學突破，將為國防進步和清潔能源的未來鋪平道路。
▲12月13日，美國能源部部長詹妮弗·格蘭霍姆在發(fā)布會上講話
核聚變的工作原理：讓兩個原子核（氘和氚）接受攝氏1億度或以上的極度高溫，使其聚合成一個新的更大的原子核，釋放出巨大能量。與核裂變不同，該過程不會產生長壽命放射性廢料，且不排碳?？茖W家預估一小杯燃料可以為一所房子提供800多年的清潔能源。12月5日，實驗在勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室研制的“國家點火裝置 ”（激光核聚變裝置）中進行，該設施使用192臺激光器照射一顆注入氘氚小“靶丸”，并向目標輸入2.05兆焦耳的能量，在極端高溫高壓環(huán)境下，“靶丸”內爆實現(xiàn)聚變點火。這一技術路線稱為“慣性約束聚變”。實驗室分析表明，此次反應釋放了大約3.15兆焦耳的能量，額外產生了1.1兆焦耳的能量。這是人類首次在可控核聚變實驗中實現(xiàn)“凈能量增益”，既 Q＞1（Q=輸出能量/輸入能量）。幾十年來，實現(xiàn)“凈能量增益”一直被視為證明商業(yè)聚變電站可行的關鍵一步。然而，仍有幾個困難需要克服。首先，在此種情況下，“凈能量增益”僅將輸出能量與從激光器所獲得的輸入能量進行比較，而未計算為系統(tǒng)供電的總量。事實上，每次激光照射需要330兆焦耳的電能，以400微秒的脈沖串形式傳送。其次，為美國國家點火裝置的激光提供動力的系統(tǒng)已經老化，且不是為了最大的能源效率而設計（美國為研制核武器而設計）?？茖W家預估，核聚變商用將需要產生30到100倍的能量的聚變反應。第三，美國國家點火裝置每天最多只能發(fā)射一次，而商用發(fā)電廠可能需要一秒鐘完成幾次發(fā)射。第四，成本高昂，美國國家點火裝置耗資35億美元打造。核科學家表示，該項成就意義非凡，是人類邁向清潔能源重要的一步，但在可控聚變技術商用之前，仍有很多科學工作要做。麻省理工學院核科學與工程系主任安妮懷特表示，美國或英國的項目“都沒有將聚變轉化為電能的硬件和規(guī)劃”。 勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室主任 Kim Budil 表示，在商業(yè)化之前，核聚變技術仍有“重大障礙”需要克服。核聚變能商業(yè)化可能需要“幾十年”時間。英國劍橋大學的核能研究員羅爾斯登表示， “雖然是個好消息，但這一結果與發(fā)電所需的實際能量增益還有很長的路要走”。等離子物理學家梅蘭妮·溫德里奇指出，耗資 35 億美元建造的美國國家點火裝置（NIF）已有 13 年歷史，其基礎是1980年代開發(fā)的激光技術。如果能用如此陳舊的技術都能做到這一點，那么研制出新設備就有無限可能。
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