美国或首次突破核聚变“净能量增益”,距离“人工太阳”又近一步?

从展示“能量增益”到真正实现应用还有很长的路要走。
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近日,三名知情人员透露,美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家在使用激光的聚变实验中首次实现了净能量增益:聚变反应后,得到的2.5兆焦耳能量比投入的2.1兆焦耳能量更多,新增约20%能量。该实验室称,“然而,确切的产量仍在确定中,在该过程完成之前发布信息是不准确的。”

↑劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置

尽管消息还未完全被证实,但有美国媒体报道称,当地时间12月13日,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室将发布公告,宣布这一重大突破。同一天,美国能源部也将宣布消息。核聚变专家亚瑟·特瑞尔博士表示,如果核聚变反应首次实现净能量增益这一消息得到证实,“我们将见证一个历史性时刻。”这意味着,人类可能距离拥有“近无限、安全、清洁”的能源又迈出一步。

知情人士透露:

首次“净能量增益”

突破“人工太阳”关键

据国际原子能机构的定义,核聚变反应是模仿太阳的能量转换过程,使较轻的原子核结合成较重的原子核。这一过程会释放出巨大能量。理论上,几克反应物就可产生一太(即一万亿)焦耳的能量,而这大约是发达国家一个人在60年内所需的能量。此外,核聚变反应不会排放二氧化碳和核废料。

核聚变实验成功的关键就在于“净能量增益”,即得到的能量大于投入的能量。自20世纪50年代以来,人类还没有能够从核聚变反应中实现“净能量增益”。

据悉,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的整个实验设施耗资35亿美元,用近200台激光器组成阵列,阵列有三个足球场那么大。实验过程涉及用世界上最大的激光轰击一小粒氢等离子体,基本上以每秒50次的速度产生一系列极快的重复爆炸,以启动核聚变反应。

据知情人士透露,研究人员使用了2.1兆焦能量的反应物,释放了2.5兆焦耳的能量。但实验室称,具体的输出仍在计算中,虽然“超出预期”,但不一定超过2.1兆焦。两名了解该实验结果的消息人士称,由于能量输出高于预期,一些设备损坏,后续分析变得很复杂。如果确实超过2.1兆焦,这意味着人类首次在核聚变反应中实现了净能量增益。

伦敦帝国理工学院等离子体物理学教授杰里米-奇坦顿教授认为,如果报道是真的,那就是一个真正的突破性时刻,“非常令人兴奋。”

应用有待时日:

2.1兆焦变2.5兆焦

但激光器要消耗500兆焦能量

这一项技术如果能够投入应用,将颠覆人类的能源结构。从理论上讲,一小杯氢燃料可以为一栋房屋供电数百年。然而,专家们强调,该技术突破仍然是科学意义上的突破,技术本身还有很长的路要走。

首先,增益的量有0.4兆焦,大约能够用来烧热水。人类想要实现“人工太阳”以带来能源结构颠覆,还需要时间和努力。其次,有一点是不能忽略的:虽然2.1兆焦能量变2.5兆焦能量,看上去是“净能量增益”,但是激光器本身需要投入500兆焦的能量。

奇坦顿教授强调,这次实验是为科学演示而设计的,而不是为应用——例如为发电厂而设计。他说:“将电能转换为激光能的效率不是其设计中(考虑)的一个因素。”

奇坦顿教授认为,这一实验从科学的角度展示了一个高聚变后能量增益的过程。“但要将其转化为发电站,我们需要开发更简单的方法来达到这些条件,这些条件需要更高效,最重要的是更便宜。”他补充说,任何从事聚变工作的人都会很快指出,从展示“能量增益”到真正实现应用还有很长的路要走。

红星新闻记者 王雅林 实习记者 邓纾怡

编辑 张莉 责任编辑 魏孔明

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