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核聚变研究获突破性进展

2013年9月27日,美国劳伦斯•利弗摩尔国家实验室奥马尔·哈利肯(Omar Hurricane)教授与其科研团在惯性约束核聚变领域取得突破性进展:核聚变释放的能量第一次大于燃料吸收的能量,即实现了燃料增益,这是实现惯性约束核聚变关键性的一步。该实验成果2月12日在《自然》期刊发表。

惯性约束核聚变的原理是把燃料芯块的温度提高,从而引发内爆和燃料压缩。惯性约束聚变的独特优点在于发射器和聚变反应堆的分离,从而可以安全便捷地维护发射器和包层(blanket)。

聚变反应堆系统示意图。图片来源:Nuclear Lecture Notes

实验调整了激光束的进入形式,增强内爆的稳定性。在2013年11月19日最新的实验中, NIF(美国国家点火装置)的192束激光将1.9 MJ热量送入环空器,在环空器内部产生近1亿摄氏度高温(比过去高50%以上)和1千万个大气压强。聚变燃料释放能量17.3 kJ,大约为以前纪录的10倍。

塑料外壳固定的环空器和氘氚燃料芯块。图片来源:NIF

相较以前的实验,聚变释放出的α粒子被滞留在聚变燃料中,引发自加热,提供了极大的能量,接近总能量收益的一半。科研团相信,这种自加热将对实现“点火”(稳定核聚变)起到关键作用。NIF实验的成功验证了之前的假设,内爆引起的塑料外壳不稳定是过去能量收益达不到计算机模型预期的根源。

但是,目前取得的成果距离真正的“点火”尚有距离,去年11月19日的实验仅达到劳森判据(反应器自行发生稳定核聚变的条件)的一半。此外,目前依靠入射激光波长对内爆的形状的控制仍未被完全理解,实验采用的模式来自实践经验。哈利肯教授表示,对入射波长影响的进一步理解和环空器物理性质的改进都将有助于取得理想结果。

新的激光模式能实现稳定核聚变吗?大概只有时间会告诉我们答案。

 

信息来源:Nature

文章题图:Damien Jemison/LLNL

 

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发布于2014-02-19, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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