美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置成功模擬核聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件
最近,美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)項(xiàng)目的科學(xué)家攻克了點(diǎn)火裝置中兩個(gè)關(guān)鍵難題,如太陽(yáng)般的極端高溫以及均勻的、使標(biāo)靶不會(huì)失形的壓力,從而演示了在激光驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生核聚變所需的條件。研究結(jié)果發(fā)表在近日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
與核裂變相比,聚變反應(yīng)能產(chǎn)生同樣巨大的能量但核廢料卻更少。NIF的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng),最終用來(lái)生產(chǎn)可持續(xù)的清潔能源。NIF科學(xué)家們正在研究的是一種慣性約束聚變(ICF),即在高能激光熱量和壓力條件下的聚變,將一個(gè)一英寸(約2.5厘米)見(jiàn)方的金質(zhì)燃料芯塊(稱為“黑體輻射空腔”)作為氫同位素原子核發(fā)生聚變的場(chǎng)所。ICF反應(yīng)的目標(biāo)是獲得點(diǎn)火,讓聚變反應(yīng)內(nèi)部的燃料芯塊所產(chǎn)生的能量,比激光引發(fā)反應(yīng)時(shí)所提供的能量高10至20倍甚至更高。 在最近的實(shí)驗(yàn)中,NIF科學(xué)家獲得了類似太陽(yáng)的極端高溫以及均勻、使標(biāo)靶不會(huì)失形的壓力。他們用一種直徑2毫米的塑料小球代替了金質(zhì)黑體輻射空腔,將192束激光聚集在含氦元素的塑料球上,所產(chǎn)生的巨大熱量中近90%轉(zhuǎn)換為X射線,使溫度達(dá)到360萬(wàn)攝氏度。在這一溫度下,2毫米直徑的塑料球各向均勻收縮為只有1/10毫米。 NIF副主管愛(ài)德華·莫斯表示,新實(shí)驗(yàn)已經(jīng)模擬出聚變反應(yīng)發(fā)生的實(shí)驗(yàn)條件,比以前更加切實(shí)可行,并有望在明年上半年進(jìn)行真正的演示。研究人員目前正在對(duì)含有不等量氘和氚的小球進(jìn)行測(cè)試,以檢驗(yàn)不對(duì)稱向心聚爆的可行性,以實(shí)現(xiàn)最終的點(diǎn)火。 盡管實(shí)驗(yàn)條件看起來(lái)相當(dāng)成熟,但真正的點(diǎn)火跟實(shí)驗(yàn)還有些不同。真正點(diǎn)火時(shí),燃料芯塊中用的不是氦而是鈹元素,并包含了氫同位素氘和氚。激光產(chǎn)生的X射線使鈹產(chǎn)生一種向內(nèi)的向心聚爆,將震波傳給氫同位素,進(jìn)一步提高氘和氚原子核的溫度,達(dá)到臨界點(diǎn)后,它們才會(huì)克服彼此的斥力而聚合在一起。 |