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美国激光惯性约束核聚变打破世界纪录

8月8日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室进行了核聚变实验,维持了100万亿分之一秒的时间,并放出了130万焦耳的能量。美国科学家认为,实验取得了巨大的成功,并打破世界纪录。但是,很多小伙伴可能会有疑问,我国的“东方超环”不是保持了101秒的聚变温度,怎么美国时间更短还打破了纪录?

事实上,美国的核聚变设施与中国的核聚变设施是不一样的。中国的“东方超环”属于托卡马克,它采用磁场对等离子体进行约束和加热。而美国的“国家点火设施”(NIF)使用的是惯性约束,它在短时间内对利用192束激光照射到一个小目标上。

美国激光惯性约束核聚变打破世界纪录

众所周知,太阳每时每刻都在发生核聚变。在太阳强大的引力之下,发生核聚变的温度变得容易许多。但是在地球上,没有了强大引力的帮助,要实现核聚变,需要使温度达到1.5亿摄氏度。这是因为,质子之间的静电力相互排斥,要让它们实现融合,需要使质子的运动速度足够快,才能克服静电力碰撞在一起。

如何达到这个温度,一直是科学家想解决的难题。在托卡马克中,科学家利用磁场的变化和外部注入的方法对等离子体进行加热,磁场的约束也可以让这些高温等离子体保持在中心,不会让它们与墙壁接触导致熔化。但是,等离子体太稀疏了,要发生聚变需要更高的能量。

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而在NIF中,它利用强大的激光照射小目标来实现核聚变。在美国这次的实验中,这个小目标是一个直径2毫米的燃料舱,该燃料是氘和氚的混合物。当192束激光照射到这个燃料舱的时候,X射线就会射出,而后燃料舱的外部发生汽化并使内部的燃料发生爆炸。内爆会产生氢聚变成氦的压力、密度和温度,生成的氦还可以进行阿尔法加热,进一步引发聚变链反应。

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在以往的实验中,激光输入的能量都比核聚变输出的能量还要高。但这次实验有所突破,输出能量首次超越输入能量,激光的能量为核聚变放出能量的70%。虽然实现了突破,但是要想利用它进行发电还有一段很长的路要走。在下一个阶段,他们将对燃料舱的外壳进行改进,并提高激光的精度,以此来提高核聚变反应的能量收益。

核聚变所释放的能量是一种清洁能源,它不会排放二氧化碳等温室气体,也不会像核裂变反应堆那样产生放射性废料。此外,它还非常安全,当一个环节出错时,它会因达不到聚变条件而自动停下来。而如果是核裂变反应堆,出错可能会导致严重的后果。

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