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        能量增益——NIF突破試驗(yàn)平衡點(diǎn)

        2013-12-31 00:00:00梁曉英
        環(huán)球飛行 2013年10期

        美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室所屬的世界最大激光器、被稱為“人造太陽(yáng)”的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(National Ignition Facility NIF)距離其目標(biāo)越來(lái)越近,顯示了一個(gè)可持續(xù)核聚變反應(yīng)裝置正在由夢(mèng)想逐步成為現(xiàn)實(shí)。

        據(jù)來(lái)自美國(guó)國(guó)內(nèi)的報(bào)道稱,今年9月底,勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家點(diǎn)火裝置利用192束高能激光聚焦到氫燃料球上,創(chuàng)造高溫高壓以點(diǎn)燃核聚變反應(yīng)。在試驗(yàn)中,反應(yīng)釋放出的能量首次超過(guò)了氫燃料球吸收的能量。輸出能量超出輸入能量,標(biāo)志著可控核聚變實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得了具有里程碑意義的突破。

        在聚變研究領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)“能量增益”一直是該類試驗(yàn)所要突破的第一個(gè)平衡點(diǎn),即試驗(yàn)中產(chǎn)生的能量大于啟動(dòng)它所需要的能量,美國(guó)的國(guó)家點(diǎn)火裝置同樣如此。

        備受全球關(guān)注的NIF于2009年5月在加州落成,融合了美國(guó)多家實(shí)驗(yàn)室的心血,迄今仍無(wú)人能挑戰(zhàn)其世界上最大的激光聚變機(jī)器的身份。NIF有能力產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核的熱與力,設(shè)計(jì)初衷本是用來(lái)模擬核爆,與羅切斯特大學(xué)激光器一樣都屬美國(guó)“無(wú)爆核試驗(yàn)”不可或缺之部分。但該裝置也有較高的可用增益,讓人們廣泛注意到它更具魅力的一點(diǎn)——實(shí)現(xiàn)核能發(fā)電。人類能于實(shí)驗(yàn)室中獲得“取之不盡用之不竭”核聚變能源,這在以前是想都不敢想的事。

        此次據(jù)NIF研究小組的報(bào)告,在“點(diǎn)火”中,工程師們已直接將NIF的激光對(duì)準(zhǔn)了燃料球,燃料球中含有氘和氚原子,激光器隨后以接近太陽(yáng)中心的溫度對(duì)原子進(jìn)行加熱。NIF慣性約束聚變副主任約翰·愛德華茲表示,他們需要在一個(gè)非??煽氐姆绞较吕眉す馐焖偌訜幔c(diǎn)火要求在十億分之一秒內(nèi)),使目標(biāo)物的最外層發(fā)生爆炸,目標(biāo)物的剩余部分在強(qiáng)烈內(nèi)爆的驅(qū)使下,內(nèi)部燃料瞬間壓縮,形成沖擊波,進(jìn)一步加熱中心區(qū)域的燃料,導(dǎo)致可持續(xù)性燃燒,產(chǎn)生巨大能量。實(shí)驗(yàn)“幾乎已經(jīng)成功”,但艙室卻在極端的溫度和壓力下屢次過(guò)早破裂。

        約翰·愛德華茲稱,為實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)火”,他們已克服了相當(dāng)多的挑戰(zhàn)——足夠的X射線強(qiáng)度、精確的能量傳遞等,但現(xiàn)在仍有一個(gè)關(guān)鍵障礙橫亙于此。研究人員或?qū)⒃僮龀鲆粋€(gè)在引燃點(diǎn)下能保持穩(wěn)定的艙室。而據(jù)早些時(shí)間勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的消息稱,NIF的重量級(jí)激光向核聚變能源邁出了“第一步”,192束激光束成功融合成一個(gè)單一脈沖,并爆發(fā)出難以置信的能量——1.8兆焦耳的能量和500萬(wàn)億瓦的峰值功率,已比美國(guó)在任何特定時(shí)刻內(nèi)消耗的總電量還要高1000多倍。

        NIF項(xiàng)目并非一帆風(fēng)順。2012年末,其曾被披露迫于種種壓力扭轉(zhuǎn)研究方向,焦點(diǎn)由“能源”正轉(zhuǎn)回到“核武器”上。據(jù)當(dāng)時(shí)《自然》在線版報(bào)道,主要原因是部分政府人士“發(fā)現(xiàn)”激光核聚變與產(chǎn)生電能尚有距離,同時(shí)還奪走了其他領(lǐng)域本來(lái)就不寬裕的資金。不過(guò)多數(shù)科學(xué)家非常難以接受這個(gè)偉大的清潔能源之夢(mèng)就此夭折,他們對(duì)NIF的研究進(jìn)展進(jìn)行辯護(hù),也對(duì)政府這一決議大加抨擊。

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