科学家首次成功地使核聚变实验产生的能量超过了用于驱动它的激光能量。
当巨大的力量压缩并加热氢等离子体时,核聚变便会发生,氢核融合成氦,并释放出巨大能量。
该过程不会排放有害的大气污染物,且仅产生少量短寿命放射性废物。
科学家表示,要将核聚变用于商业规模,或许还需要数十年时间。
在此,他们解释了正在研发的技术,以及美国国家点火装置的工作,这些工作旨在改变我们生产和利用能源的方式。
核聚变的科学原理
美国科学家在劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)下属的国家点火装置(National Ignition Facility)工作,宣布本周在核聚变领域取得重大突破。
科学家首次成功地使核聚变实验产生的能量超过了用于驱动它的激光能量。
在上方信息图中,我们介绍了核聚变,并说明这一发现如何可能为未来开辟一种清洁和可持续能源的新形式。
什么是核聚变?
太阳和恒星依靠核聚变提供能量,在那里,巨大的力量将氢等离子体压缩并加热至约1亿摄氏度。在此温度下,较轻的粒子融合成氦,并释放出巨大能量。
核聚变是一种相当清洁的能源,因为它不会产生有害的大气排放物,且仅产生少量短寿命放射性废物。
科学家近70年来一直试图在地球上复制这一过程,利用氢的同位素——氘和氚——为聚变电站提供动力。
由于氘存在于海水中,而氚可通过辐照锂(一种常用于电池的常见元素)获得,这些同位素的可获取性意味着,核聚变未来可能成为一种主要能源。
例如,一升水中所含的氘,所产生的核聚变能量可相当于燃烧300升石油。
然而,真正的挑战在于确保核聚变发电厂产生的能量多于其消耗的能量。
核聚变点火的挑战
核聚变点火是指一种能够自我维持的聚变反应,即反应产生的能量多于其消耗的能量。迄今为止,科学家只能做到收支平衡。
国家点火装置采用了一种特殊装置,称为惯性约束聚变,即用激光轰击微小的氢等离子体靶丸,以实现核聚变点火。
LLNL的实验向靶标输送了2.05兆焦耳(MJ)的能量,产生了3.15 MJ的聚变能量输出,超过了聚变阈值,据美国能源部称。
核聚变能源能否很快实现商业化?
近年来,核聚变技术吸引了各国政府以及雪佛龙和谷歌等私营企业的关注。彭博情报(Bloomberg Intelligence)估计,核聚变市场最终价值将达40万亿美元。
除发电外,核聚变预计还将应用于空间推进、船舶推进以及医疗和工业供热等其他市场。
然而,劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任Kim Budil表示,核聚变能源实现商业化“可能还需要数十年”。
在突破性成果的发布会上,她指出,要想成功实现核聚变商业化,必须实现“每分钟多次核聚变点火事件”,并拥有“强大的驱动器系统”。
