美国科学家在核聚变实现突破。这是什么意思?

融合是一种核反应,两个原子结合创建一个或多个新的原子总额略低于质量。质量是释放能量的差异,所描述的爱因斯坦著名的方程E = mc2,能量等于质量乘以光速的平方。

由于光速是巨大的,将少量的质量转化为能量——就像发生在融合,产生一个同样巨大的能量。

美国政府的研究人员国家点火装置在加利福尼亚已经证明,第一次被称为聚变点火。点火是当一个聚变反应产生更多的能量比被置于外部源的反应,变得自给自足。

国家点火装置的技术涉及拍摄192激光0.04英寸(1毫米)颗粒的燃料由氘和氚——两个版本的元素氢和额外的中子,放置在一个金罐。

激光冲击筒时,产生x射线加热和压缩燃料颗粒的密度约20倍铅和超过500万华氏度(300万摄氏度),太阳的温度要高于太阳表面温度上100倍。

如果你能保持这些条件在很长一段时间,燃料将保险丝和释放能量。

燃料和罐蒸发几个十亿分之中第二个实验。研究人员希望他们的设备在高温和精确测量由聚变反应释放的能量。

评估的成功融合实验,物理学家看看之间的比例从融合的过程中释放的能量,在激光的能量。这个比例是称为增益。

高于公布的1意味着融合过程获得更多的能量比激光了。

2022年12月5日,国家点火装置拍摄200万焦耳的颗粒燃料激光能源——大约的数量需要运行一个吹风机15分钟——所有包含在十亿分之几秒。

这引发了核聚变反应发布300万焦耳。这是上涨约1.5,打破了之前的纪录获得的2021年8月0.7通过设施。

聚变能的“圣杯”能源生产近半个世纪。增益为1.5时,我相信,一个真正具有历史意义的科学突破,还有很长的路要走融合是一个可行的能源。

虽然200万焦耳的激光能量小于300万焦耳的融合率,几乎花了设施3亿焦耳产生激光在这个实验中使用。这个结果表明,聚变点火是可能的,但18新利最新登入这需要大量的工作来提高效率,融合可以提供净正能量回来当考虑整个端到端系统,不仅是单个交互激光和燃料。

有很多的碎片融合难题,科学家们几十年来一直在稳步改善产生这个结果,和进一步的工作可以使这个过程更有效率。

首先,激光只是1960年发明。当美国政府在2009年完成的建设国家点火装置,这是世界上最强大的激光设备,能够提供目标100万焦耳的能量。

今天的200万焦耳它产生更精力充沛的50倍下一个世界上最强大的激光。更强大的激光和耗能更低的方法来生产那些强大的激光可以极大地提高系统的整体效率。

融合条件非常具有挑战性的维持和任何小缺陷胶囊或燃料可以增加的能源需求,降低效率。科学家们已经取得了很大的进步更有效地传输激光的能量罐和x射线辐射从罐到燃料舱,但目前只有10 - 30%总激光的能量转移到燃料罐。

最后,当一个燃料-氘是自然的一部分丰富的海水中,氚少见的多。融合本身实际生产氚,因此研究人员希望开发直接收获这个氚的方法。

与此同时,有其他方法可用来产生所需的燃料。

这些和其他的科学、技术和工程的障碍需要克服之前融合将为家里发电。工作还需要做将核聚变发电厂的成本远低于国家点火装置的35亿美元。这些步骤将需要大量来自联邦政府和私人企业的投资。

值得注意的是,有一个全球种族融合,与其他世界各地的实验室追求不同的技术。但随着国家点火装置的新结果,世界上,第一次看到的证据融合的梦想是可以实现的。

卡洛琳Kuranz是一个实验等离子体物理学家副教授在密歇根大学核工程。她收到资金的国家核安全管理局和劳伦斯利弗莫尔国家实验室。她是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的审查委员会,并融合能源科学顾问委员会的成员。

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