Nature封面:可控核聚变里程碑式新进展,燃烧等离子体实现( 二 )


Nature封面:可控核聚变里程碑式新进展,燃烧等离子体实现
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美国国家点火装置(NIF) 。
技术概览
获得燃烧等离子体是实现自持(self-sustaining)聚变能量的关键一步 。 燃烧等离子体是一种等离子体 , 其中聚变反应本身是等离子体中加热的主要来源 , 对于维持和传播燃烧是必需的 , 可以实现高能量增益 。
经过数十年的聚变研究 , 研究者在实验室中实现了燃烧等离子体状态 , 其中一个激光装置可以在燃料胶囊中提供高达 1.9 兆焦耳的脉冲能量 , 峰值功率高达 500 太瓦 。 他们使用激光在辐射腔中产生 X 射线 , 然后通过 X 射线烧蚀压力间接驱动燃料胶囊 , 从而使得内爆过程通过机械功压缩和加热燃料 。
这些实验表明 , 聚变自热(fusion self-heating)超过了注入内爆的机械功 , 满足了几项燃烧等离子体指标 。 此外 , 研究者描述了一个似乎已经跨越静态自热边界的实验子集 , 其中聚变加热超过了辐射和传导的能量损失 。 这些结果为在实验室中研究以 α 粒子为主的等离子体和燃烧等离子体物理学提供了机会 。
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评估燃烧等离子体的简单指标 。
此前 , 研究者在实验室中已经花了好几年的时间 , 而且很多尝试都失败了 。 他们做出了调整:将燃料胶囊( fuel capsule)增大了 10% 。
燃料胶囊装在一个微小的黄金金属柱体中 , 研究者将 192 束激光对准该柱体 。 研究者将它加热到 1 亿度 , 在燃料胶囊内部产生的压力比太阳中心内部的压力高出 50% 左右 。 Alex Zylstra 表示 , 这些实验创造了持续了仅万亿分之一的燃烧等离子体 , 但这足以被认为是成功的 。
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用于融合的间接驱动惯性约束方法示意图 。
【Nature封面:可控核聚变里程碑式新进展,燃烧等离子体实现】总的来说 , 该研究中做的四项实验(分别做于 2020 年 11 月和 2021 年 2 月)产生了 0.17 兆焦耳(megajoule)的能量 , 远远超出了以往的尝试 , 但仍然不到启动该过程所用能量的十分之一 。 作为对比 , 一兆焦耳的能量大约可以将一加仑(约 3.8 升)的水加热到 100 华氏度(约 37.8 摄氏度) 。
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与接近点火相关的参数空间 。
根据之前的信息 , 2021 年晚些时候所做实验的初步结果仍在接受其他科学家的审查 , 当时研究者能量输出达到了 1.3 兆焦耳 , 并持续了 100 万亿分之一秒 。 但即便如此 , 这个数值也低于达到收支平衡所需的 1.9 兆焦耳 。
参考链接:
https://phys.org/news/2022-01-hot-lab-milestone-road-fusion.html
https://www.reuters.com/business/energy/researchers-achieve-milestone-path-toward-nuclear-fusion-energy-2022-01-26/

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