| 2022年世界十大科技進(jìn)展新聞 |
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| 美國(guó)首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)“凈能量增益” |
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2022年12月13日，美國(guó)能源部（DOE）和能源部國(guó)家核安全管理局（NNSA）宣布，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）團(tuán)隊(duì)，首次在可控核聚變實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的“凈能量增益”，即通過(guò)核聚變產(chǎn)生的能量比激發(fā)聚變所使用的能量更多，這項(xiàng)突破將為美國(guó)國(guó)防的發(fā)展和清潔能源的未來(lái)鋪平道路。
據(jù)悉，NIF團(tuán)隊(duì)用192束激光束，向一個(gè)微型燃料顆粒輸送了205萬(wàn)焦耳的激光能量，點(diǎn)燃核聚變?nèi)剂希罱K產(chǎn)生了315萬(wàn)焦耳的聚變能量輸出，實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”，首次證實(shí)了慣性核聚變能（IFE）的基本科學(xué)原理和可行性。
但僅僅因?yàn)樵O(shè)計(jì)出一種能量增益的聚變反應(yīng)，并不意味著任何有意義的人類發(fā)電方式的變化即將到來(lái)。有分析稱，美國(guó)此次只是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的原理驗(yàn)證水平上的成功，發(fā)出的電量實(shí)際上只“相當(dāng)于燒開(kāi)10壺水”。而要想真正獲得商用價(jià)值，其產(chǎn)出—輸入比還需要提高約100倍。
勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室方面也坦承，要實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電，還需要做“許多事情”，其中就包括“每分鐘產(chǎn)生許多次核聚變點(diǎn)火”，這一過(guò)程可能還要花幾十年。NIF目前使用的激光技術(shù)“基于20世紀(jì)80年代”，下一步需要升級(jí)相關(guān)設(shè)施，簡(jiǎn)化流程以提高其可重復(fù)性，這樣未來(lái)每次可產(chǎn)生“數(shù)億焦耳”能量。
“凈能量增益”聚變反應(yīng)之所以如此難以捉摸，其原因在很大程度上是因?yàn)榭茖W(xué)家必須在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造極端條件才能使反應(yīng)發(fā)生。通常需要使用巨大的激光器將氫的同位素加熱到數(shù)百萬(wàn)攝氏度的溫度。然后，產(chǎn)生的等離子體被限制在極高的壓力下，導(dǎo)致同位素以足夠的力量聚集在一起，使它們?nèi)诤铣刹煌脑亍．?dāng)它們?nèi)诤铣刹煌脑貢r(shí)，則以熱量的形式釋放出能量。
雖然人類距離商用的核聚變還有較遠(yuǎn)的距離，但NIF實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”仍十分重要，這將推動(dòng)人類進(jìn)一步接近解鎖核聚變的“無(wú)限能源可能”。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2023年2月刊 封面)