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科學家成功開發核融合「點火器」 為能源革命鋪路
明日科學
發布於 5 個月前

在追求核融合能源的道路上,羅切斯特大學雷射能源實驗室的科學家們取得了重大突破。他們成功演示了一種有效的「點火器」,用於直接驅動慣性約束核融合(ICF)實驗。在兩項發表於《自然物理學》的研究中,他們分享了實驗結果,並展示了這些成果如何應用於更大規模的設施,以期最終實現核融合。

利用世界上最大的學術雷射系統OMEGA,羅切斯特的科學家們成功發射了28千焦耳的雷射能量,對裝有氘和氚燃料的小型膠囊進行射擊,導致膠囊內部爆炸並產生足以引發燃料核之間融合反應的高溫等離子體。這些實驗產生的核融合反應釋放出的能量,超過了膠囊核心熱等離子體的能量。

與加州勞倫斯利佛摩國家實驗室的國家點火設施(NIF)採用的間接驅動方法不同,OMEGA實驗採用的是直接雷射照明膠囊的方法。在間接驅動方法中,雷射光轉化為X射線,然後驅動膠囊爆炸。NIF使用間接驅動方法,用大約2000千焦耳的雷射能量照射膠囊,產生X射線,從而在2022年實現了核融合點火——一種從目標產生凈能量增益的融合反應。

劇烈壓縮 產生高溫

在羅切斯特大學的雷射能源實驗室進行的一項直接驅動慣性核融合實驗中,科學家們在OMEGA目標室內向裝有氘和氚燃料的小型膠囊發射了28千焦耳的雷射能量。這導致膠囊內部發生劇烈壓縮,產生了足夠高溫的等離子體來啟動燃料核之間的融合反應。這些爆炸的核心溫度高達1億攝氏度。爆炸發生的速度一般在每秒500到600公里之間。核心處的壓力高達地球大氣壓的800億倍。(圖/Eugene Kowaluk)

羅切斯特團隊興奮地認為,他們證明了僅用28千焦耳的雷射能量就能達到這種爆炸性能,展示了將直接驅動方法應用於更高能量雷射的可能性。儘管證明點火器是一個重要步驟,但OMEGA的尺寸太小,無法壓縮足夠的燃料以達到點火。

直接驅動ICF被認為是實現熱核點火和激光融合凈能量的有前景的方法。這些實驗的成功要歸功於基於統計預測的新穎爆炸設計方法的開發,並通過機器學習算法進行驗證。這些預測模型使我們能夠在進行寶貴的實驗之前,縮小有前景的候選設計池。

羅切斯特的實驗需要大量科學家、工程師和技術人員之間的高度協調努力,以操作複雜的雷射設施。他們與麻省理工學院等單位的研究人員合作進行了這些實驗。

這項研究刊登在最新一期的《自然物理學》。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

圖片來源:Eugene Kowaluk cc By4.0

參考論文:

1.Demonstration of hot-spot fuel gain exceeding unity in direct-drive inertial confinement fusion implosionsNature Physics

延伸閱讀:

1.威斯康星大學開創核融合新紀元:「冷噴塗材料」革新能源前景


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