美国能源部将在劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory)宣布可控核聚变领域的重大突破性进展.可控核聚变被认为是能使人类摆脱对石化能源的依赖,扭转气候变化的关键技术.迄今为止人类在这个领域的探索并不顺利.
本文试图对核聚变做一个简短的科普介绍.
核聚变是什么
观看核聚变,我们不用费很大的成本,抬头看看太阳和星星就够了.太阳,以及所有其他恒星发光发热的能量正是来自于核聚变.
所谓的核聚变是指的轻型原子合并为重型原子的过程.因为合并所产生的粒子的总质量低于原来的质量,剩下的质量按照e=mc平方的公式就转换为了能量释放出来.
氘原子和氚原子合并成氦原子和中子以太阳为例,因为它的绝对质量产生的重力,对原子进行吸引和压迫而产生核聚变.释放出来的能量就是地球上感受到的光和热.早在年代,科学家就对核聚变的原理有深入了解并试图在地球上产生核聚变.氢弹就是人类制造的核聚变,但是要想利用核聚变释放的能量,这个过程必须是可控的.现有的核聚变都是将氢元素的两种同位素:氘和氚聚合为氦元素.之所以选择这个组合,除了原材料相对容易找到,这也是已知的能以最小的能量触发而获得最大能量释放的组合之一.
所有恒星的能量都来自核聚变可控核聚变能带来多少价值
一旦完成可控核聚变,人类将拥有几乎无穷无尽的能源供应.原材料氘和氚都能在海水中以相对较低的成本大量获取.而且相对于利用核裂变技术的现有核电发电站,可控核聚变发电站不会产生有害的核辐射,使用起来安全得多.
科学家正在如何实现可控核聚变
常规的可控核聚变所用的tokamak现有的可控核聚变技术研究大多使用一种叫做tokamak的环形真空容器.容器中使用强力电磁力将原料压成超高温(1亿五千万到三亿摄氏度)的等离子体,此时原料中的氘原子和氚原子会发生核聚变.
利弗莫尔实验室采用激光照射氘和氚此次将要宣布重大突破性进展的利弗莫尔实验室采用了另外一种技术路线.研究人员对一个装有氘和氚的小型容器进行束的激光强射.该实验室曾于年8月报告在实验中产生了1.35兆焦耳的核聚变能量输出-约为输入激光能量的70%.当时研究人员表示找到了进一步提升输出能量的探索方向.
利弗莫尔实验室的核聚变实验设备一旦输出能量大于输入能量,可控核聚变的实际应用也将变成现实.
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