科学家们证实,去年,他们首次在实验室实现了自我延续(而不是消失)的聚变反应,使我们更接近复制为太阳提供动力的核反应。
然而,他们并不完全确定如何重新进行实验。
当两个原子结合形成一个更重的原子时,就会发生这种情况,并在此过程中释放出巨大的能量。
这是自然界中常见的过程,但在实验室中很难复制,因为它需要高能量环境来维持反应的进行。
太阳报产生能量使用核聚变——将氢原子粉碎在一起产生氦气。
超新星——爆炸的太阳——也杠杆核聚变因为他们的宇宙烟花表演。这些反应的力量可以产生铁等较重的分子。
然而,在地球上的人工环境中,热量和能量往往会通过 X 射线辐射和热传导等冷却机制逸出。
为了使核聚变成为人类可行的能源,科学家首先必须实现所谓的“点火”,即自热机制克服所有能量损失。
一旦实现点火,聚变反应就会自行提供动力。
1955 年,物理学家约翰·劳森 (John Lawson) 创建了一套标准,现在称为“类劳森点火标准”,以帮助识别点火何时发生。
核反应的点燃通常发生在极其激烈的环境中,例如超新星或核武器。
加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置的研究人员花了十多年完善他们的技术,并取得了进展现已确认事实上,2021 年 8 月 8 日进行的具有里程碑意义的实验确实首次成功点燃了核聚变反应。
在最近的一项分析中,2021 年的实验是根据劳森标准的九个不同版本进行判断的。
国家点火装置的核物理学家安妮·克里彻表示:“这是我们第一次在实验室中突破劳森标准。”新科学家。
为了实现这一效果,研究小组将一个氚和氘燃料的胶囊放置在镀金贫铀室的中心,并向其发射 192 束高能激光,以产生强烈的 X 射线浴。
向内冲击波产生的强烈环境产生了自我维持的聚变反应。
在这些条件下,氢原子发生聚变,在 100 万亿分之一秒内释放 1.3 兆焦耳的能量,即 10 万亿瓦的功率。
在过去的一年里,研究人员试图将这一结果复制到四个类似的实验,但只产生了破纪录的初始实验中产生的一半的能量产量。
克里彻解释说,点火对几乎无法察觉的微小变化高度敏感,例如每个胶囊结构的差异和激光强度。
“如果你从一个微观上更糟糕的起点开始,它会反映在最终能源产量的更大差异上,”说伦敦帝国理工学院的等离子体物理学家 Jeremy Chittenden。 “8 月 8 日的实验是最好的情况。”
该团队现在想要确定实现点火到底需要什么,以及如何使实验更能适应小错误。如果没有这些知识,这个过程就无法扩大规模,以创建可以为城市供电的聚变反应堆,而这正是此类研究的最终目标。
奇滕登说:“你不想处于这样的境地:必须把所有事情都做好才能点火。”
本文发表于物理评论快报。