創造可控制「核融合」 加州科學家立新碑

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【大紀元2014年02月22日訊】(大紀元記者蕭軒編譯報導)科學家藉由實驗室內模擬太陽內部的機制,正緩步接近他們的目標:創造一個可控制的核融合反應。加州的科學家利用192道雷射光束壓縮一顆燃料球,產生的反應是:由燃料球核心發出來的能量,高於所注入的能量。最新的進展已刊登在《自然》期刊上。

《華盛頓郵報》報導,在擁有一個完全可運作的核融合反應爐之前(那曾是愛因斯坦以降科學家們的夢想)仍有很長的路要走。核融合反應爐應以海水中通常所含氫的形式運作,它可產生最少量的核廢料,且又不會發生傳統核分裂反應爐爐芯融化的災難。

「這就像你登山到半山腰,而山頂隱沒於雲海之中。」《自然》期刊該文主要作者赫力肯(Omar Hurricane)在電話中說,「這時,有人打衛星電話問你,『還要多久完成攻頂?』你就是無從知曉。」

赫力肯和另一些科學家任職於勞倫斯利福摩爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory),該實驗室耗資數十億美元打造的國家點燃實驗設施(National Ignition Facility, NIF),他們費盡艱辛才邁向他們所稱的一點點「成功」。但是這並非NIF最終的目標——點燃核融合。就整個實驗來說,前端輸入的總能量,包含所有的雷射光束,遠高於後端輸出的能量。

該文另一作者凱拉罕(Debra Callahan)表示,只有約1%的雷射能量會真正到達燃料球,大部分的雷射能量在到達燃料前,就被周圍的「材料」或環空器(hohlraum)的黃金圓柱體以及其內部的一個塑膠膠囊所吸收。燃料包覆在塑膠膠囊的內部,由氫的兩種同位素,氘(deuterium)和氚(tritium)所組成。

實驗達成預期的成效,當雷射脈衝短暫的壓縮燃料,同位素融合產生新的粒子加熱燃料,繼而產生更多的核反應、新的粒子和熱量。這種回饋機制被稱為「阿爾發加熱」(alpha heating),是核融合反應研究的重要目標。

利福摩爾實驗室的姊妹機構--桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)的脈衝力科學中心(Pulse Power Sciences Center)主任赫爾曼(Mark Herrmann)說,「他們大概還得提高100倍。我們想要大量的融合,他們做到5千兆個核的融合,要再多100倍。」

進一步的挑戰:即使點燃(ignition)在未來幾年能達成,但是這玩意兒卻要求極端的高難度合密集資本(NIF的作業總成本將高達50億美元),而最後的實際應用卻可能非常有限,例如產生烤個幾片吐司的電能。

不過,這個新結果顯示了核融合能量領域的進程,也讓利福摩爾的科學家鬆了一口氣。之前他們嘗試過多次努力,但都沒有達到電腦模型估算出來的能量水準。凱拉罕說,實驗操作過程中要求極度精妙的控制雷射,將燃料球壓縮35倍,就像把籃球捏成豆子大小。最新的技術修正了雷束脈衝,而能創造出形狀更佳的球體內爆。

NIF由國家國家核子安全管理局(National Nuclear Security Administration)資助,並且部份時間進行核融合研究。通常NIF致力於協助科學家了解與核武爆炸過程相關的測試。

位於紐澤西的普林斯頓電漿物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory)開發的另一個核融合策略--利用巨型磁鐵侷限核融合反應發生的熱等離子體,這是被全世界科學家更廣泛使用的一種方法。

普林斯頓實驗室主任普拉格(Stewart Prager)讚賞對這項加州團隊發表在《自然》期刊的新研究成果:「這是第一個所謂『自體加熱』(self-heating)的徵兆。」他對長遠的核融合發展感到樂觀。

「30年內,我們將擁有核融合發電的電力可以使用,那是必定的。」普拉格說,「我認為,現在的問題是,這個核融合發電的系統到底有多複雜、多昂貴、能帶來多少經濟效益?」

短程遭遇的困難是資金來源。美國國會撥款約5億美元投入2014年核融合研究的預算,比起前2年困窘的預算要高出1億美元,但是核融合的倡導者想要求更多。

在普林斯頓實驗室工作10年的物理學家霍爾特(Rep. Rush D. Holt)表示,美國正在失去核融合研究領先的地位,開始落後於歐洲、日本、南韓和中國。「我們已經回不去了,」對於核融合能源,霍爾特說,「但是其他國家比起美國投入更多進行研究的理由就是,我們不再是核融合研究領域領先全球的先驅了。」

(責任編輯:張東光)

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