创造可控制“核融合” 加州科学家立新碑

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【大纪元2014年02月22日讯】(大纪元记者萧轩编译报导)科学家藉由实验室内模拟太阳内部的机制,正缓步接近他们的目标:创造一个可控制的核融合反应。加州的科学家利用192道雷射光束压缩一颗燃料球,产生的反应是:由燃料球核心发出来的能量,高于所注入的能量。最新的进展已刊登在《自然》期刊上。

《华盛顿邮报》报导,在拥有一个完全可运作的核融合反应炉之前(那曾是爱因斯坦以降科学家们的梦想)仍有很长的路要走。核融合反应炉应以海水中通常所含氢的形式运作,它可产生最少量的核废料,且又不会发生传统核分裂反应炉炉芯融化的灾难。

“这就像你登山到半山腰,而山顶隐没于云海之中。”《自然》期刊该文主要作者赫力肯(Omar Hurricane)在电话中说,“这时,有人打卫星电话问你,‘还要多久完成攻顶?’你就是无从知晓。”

赫力肯和另一些科学家任职于劳伦斯利福摩尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory),该实验室耗资数十亿美元打造的国家点燃实验设施(National Ignition Facility, NIF),他们费尽艰辛才迈向他们所称的一点点“成功”。但是这并非NIF最终的目标——点燃核融合。就整个实验来说,前端输入的总能量,包含所有的雷射光束,远高于后端输出的能量。

该文另一作者凯拉罕(Debra Callahan)表示,只有约1%的雷射能量会真正到达燃料球,大部分的雷射能量在到达燃料前,就被周围的“材料”或环空器(hohlraum)的黄金圆柱体以及其内部的一个塑胶胶囊所吸收。燃料包覆在塑胶胶囊的内部,由氢的两种同位素,氘(deuterium)和氚(tritium)所组成。

实验达成预期的成效,当雷射脉冲短暂的压缩燃料,同位素融合产生新的粒子加热燃料,继而产生更多的核反应、新的粒子和热量。这种回馈机制被称为“阿尔发加热”(alpha heating),是核融合反应研究的重要目标。

利福摩尔实验室的姊妹机构--桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)的脉冲力科学中心(Pulse Power Sciences Center)主任赫尔曼(Mark Herrmann)说,“他们大概还得提高100倍。我们想要大量的融合,他们做到5千兆个核的融合,要再多100倍。”

进一步的挑战:即使点燃(ignition)在未来几年能达成,但是这玩意儿却要求极端的高难度合密集资本(NIF的作业总成本将高达50亿美元),而最后的实际应用却可能非常有限,例如产生烤个几片吐司的电能。

不过,这个新结果显示了核融合能量领域的进程,也让利福摩尔的科学家松了一口气。之前他们尝试过多次努力,但都没有达到电脑模型估算出来的能量水准。凯拉罕说,实验操作过程中要求极度精妙的控制雷射,将燃料球压缩35倍,就像把篮球捏成豆子大小。最新的技术修正了雷束脉冲,而能创造出形状更佳的球体内爆。

NIF由国家国家核子安全管理局(National Nuclear Security Administration)资助,并且部分时间进行核融合研究。通常NIF致力于协助科学家了解与核武爆炸过程相关的测试。

位于纽泽西的普林斯顿电浆物理实验室(Princeton Plasma Physics Laboratory)开发的另一个核融合策略--利用巨型磁铁局限核融合反应发生的热等离子体,这是被全世界科学家更广泛使用的一种方法。

普林斯顿实验室主任普拉格(Stewart Prager)赞赏对这项加州团队发表在《自然》期刊的新研究成果:“这是第一个所谓‘自体加热’(self-heating)的征兆。”他对长远的核融合发展感到乐观。

“30年内,我们将拥有核融合发电的电力可以使用,那是必定的。”普拉格说,“我认为,现在的问题是,这个核融合发电的系统到底有多复杂、多昂贵、能带来多少经济效益?”

短程遭遇的困难是资金来源。美国国会拨款约5亿美元投入2014年核融合研究的预算,比起前2年困窘的预算要高出1亿美元,但是核融合的倡导者想要求更多。

在普林斯顿实验室工作10年的物理学家霍尔特(Rep. Rush D. Holt)表示,美国正在失去核融合研究领先的地位,开始落后于欧洲、日本、南韩和中国。“我们已经回不去了,”对于核融合能源,霍尔特说,“但是其他国家比起美国投入更多进行研究的理由就是,我们不再是核融合研究领域领先全球的先驱了。”

(责任编辑:张东光)

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