澳洲专家揭示核聚变如何为无限清洁能源铺平道路

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它可以帮助应对气候变化,加快火星之旅,并放弃弗拉基米尔·普京 (Vladimir Putin) 对西方的强力控制。

简而言之,核聚变将改变世界。

这就是为什么科学家全球各地都为来自美国的消息感到高兴,即无限清洁能源的“圣杯”近在咫尺。

有史以来第一次,据信研究人员从受控核聚变反应中获得的能量比他们投入的要多。

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兴奋:全球科学家都为来自美国的消息感到高兴,即无限清洁能源的“圣杯”近在咫尺。据信,专家们有史以来第一次从受控核聚变反应中获得的能量超过了他们投入的能量。图片是反应堆的工作原理,基于英国托卡马克能源公司开发的反应堆

加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家(如图)使用 2.1 兆焦耳的能量为反应创造条件,这复制为太阳提供能量的反应,并从中获得 2.5 兆焦耳

Lawrence Livermore 的科学家加利福尼亚州国家实验室(如图)使用 2.1 兆焦耳的能量为该反应复制了为太阳提供能量的反应,他们从中获得了 2.5 兆焦耳

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什么是核聚变?

核聚变被视为一种潜在的无限清洁能源,由太阳内部相同的核心过程产生。

利用高温、磁场和压力,较轻元素的原子核融合在一起形成较重的元素,并在此过程中释放能量。

通过在专门设计的反应堆中包含这种类似恒星的过程,工程师可以将氢原子融合在一起产生氦气,利用产生的清洁能源并有可能减少对化石燃料的依赖。

为了使反应发生,处于等离子体状态的过热气体受到压力,这基本上将原子挤压在一起并迫使它们发生反应。

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Acco据英国《金融时报》报道,加利福尼亚的科学家使用 2.1 兆焦耳的能量为反应创造条件,该反应复制了太阳能的供电方式,并从中获得了 2.5 兆焦耳的能量。

这一具有里程碑意义的里程碑背后的实验室尚未证实其令人震惊的发现,但美国政府已经戏弄了一项“重大科学突破”,并召开了明天的新闻发布会(星期二哎)。

它在科学界引起了巨大的兴奋,因为专家们热切地等待来自加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的进一步细节。

一位科学家将其描述为“就在地球需要它的时候”出现的“非凡突破”,而另一位科学家则“预示着它是人类历史上的一个非凡时刻”。

牛津初创公司 First Light Fusion 的首席执行官 Nicholas Hawker 将这一潜在突破描述为“改变游戏规则”。

'如果得到证实,这个结果将成为惯性聚变作为发电技术的分水岭,'他告诉 MailOnline。

然而,霍克先生警告说,尽管人们对无限清洁能源的潜力感到兴奋,但它“不会成为应对气候变化的灵丹妙药”。

“对于能源部门,不会立即产生影响,重要的是必须继续部署可再生能源,”他补充说。

'我们需要干净的基荷电力,而这正是核聚变所能提供的。它没有核的缺点,没有高放或长寿命废物,没有武器级材料,没有熔化风险。'

Mark Wenman 博士伦敦帝国理工学院的,说:“到目前为止,尽管进行了 70 年的研究,但没有人从聚变反应中获得比他们需要输入的更多的能量。创纪录的是大约 70%(即能量的净损失) .

'Lawrence Livermore 的这一新声明,如果被证明是真实的,那么将在人类历史上树立一个非凡的里程碑,未来可能会迎来一个新时代绿色、安全和本质上取之不尽用之不竭的紧凑型能源,没有长寿命的核废料。

'当然,这一声明可能比实际意义更具有科学意义,但作为概念证明应该有助于更多资金流入核聚变研究让我们可以将核聚变工厂连接到更近一点的电网上。”

伦敦帝国理工学院物理系的 Arthur Turrell,说:“这一惊人的突破让我们非常接近证明聚变反应的‘净能量增益’——就在地球需要它的时候。

'The国家点火装置的团队以及他们在世界各地的合作伙伴,因克服了人类有史以来遇到的一些最可怕的科学和工程挑战而值得称赞。

“所实现的非凡能量释放将鼓舞全世界的核聚变努力,为已经在进行中的趋势注入动力。”

他在推特上写道:“这一实验结果将推动最终通过核聚变为地球提供动力的努力——在我们从来不需要丰富的碳源的时候——更多自由能源!

劳伦斯利弗莫尔国家实验室证实,最近在其国家点火装置进行了一项成功的实验,但表示正在对结果进行分析。

虽然它离商业反应堆还很远,但它的发展仍然被认为是该领域的重要一步。

伦敦帝国理工学院史蒂文·罗斯教授说:“这是惯性聚变自 1972 年以来最重要的进步。”

< p class="mol-para-with-font">“所取得的成就彻底改变了聚变领域,我们现在可以期待将点燃的等离子体用于科学发现和能源生产。”

国家点火装置的前置放大器提高了激光束的能量,最终我rradiate hydrogen fuel

他的同事 Brian Appelbe 博士补充说:“我们已经进入了一个我们以前从未进入过的状态——这是我们的未知领域理解等离子。'

自动驾驶汽车公司 Cruise 的高管奥利弗卡梅伦对核聚变能源的想法充满热情,并跟随新发布的聊天机器人 ChatGPT 的巨大兴奋和流行,人工智能 (AGI) 的发展。

'我们越来越有可能结束这种情况十年与 AGI 和可行的核聚变,”他发推文说。

伦敦帝国理工学院惯性聚变研究中心助理研究员 Aidan Crilly 博士对这项成就对我们理解宇宙的意义感到兴奋.

'重现太阳中心的条件将使我们能够研究我们以前无法在实验室中创造的物质状态,包括在恒星和超新星中发现的那些,”他说。

“我们还可以深入了解物质的量子态,甚至是越来越接近开始的条件大爆炸——我们变得越热,我们就越接近宇宙的第一个状态。原子形成氦气,释放大量能量,模仿恒星中心自然发生的过程,例如我们的太阳,它在大约 2700 万华氏度(1500 万摄氏度)下燃烧。

之前已经进行过类似的测试,但利弗莫尔的测试是第一个产生比创建实验所用能量更多的能量——这意味着科学家理论上可以利用核聚变作为能源。

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NIF 的 192 条光束的所有能量都被引导到一个称为 hohlraum 的金圆柱体中,它大约有 10 美分硬币那么大。hohlraum 内的一个小胶囊包含氘原子(氢原子和一个中子) 和氚(具有两个中子的氢)为点火过程提供燃料

使用世界上最大的激光器,由 192 束光束组成,温度比在太阳的中心,研究人员首次诱导聚变燃料自身加热到超过他们发射的热量——实现净能量增益。

它可能代表人类从石油和煤炭等化石燃料转向完全清洁能源的突破性时刻不污染空气,或通过采矿或管道破坏景观的资源。

最终目标,还有几年的时间,是像太阳一样发电产生热量,通过推动氢原子彼此如此靠近以至于它们结合成氦,释放出大量的能量。

一杯这种物质就可以提供能量几百年来没有碳排放的普通大小的房子。

这就是为什么在一个对电力的需求不断增加和环境不断恶化的世界里,核聚变被认为是能源的圣杯。

它合并原子核以产生大量能量——与原子武器和核电站中使用的裂变过程相反,将它们分裂成碎片。

与裂变不同,聚变发生事故或原子材料被盗的风险较小。

但实现核聚变被认为极其困难且成本高得惊人。

大多数科学家认为核聚变电站是还有几十年——但这项技术的潜力不容忽视。

耗资 35 亿美元(28 亿英镑)的国家点火设施最初是为了通过模拟爆炸来测试核武器而建造的,但其重点现已转移到聚变能研究的进展。

世界各地的研究人员几十年来一直致力于这项技术,尝试不同的方法。

35 个国家正在法国南部合作开展一个名为国际热核项目的项目使用巨大磁铁控制过热等离子体的实验反应器。预计将于 2026 年开始运行。

美国和英国的早期实验成功实现了原子聚变,但没有实现自热。

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聚变反应堆如何工作

聚变是气体被加热并分离成其组成离子和电子的过程。

它涉及氢等轻元素相互撞击形成氦等较重元素。

为了发生聚变,氢原子被置于高温和高压下直到它们聚变在一起。

托卡马克(艺术家的印象)是最发达的磁约束系统,是许多现代聚变反应堆设计的基础。紫色在图表的中心显示内部的等离子体

托卡马克(艺术家的印象)是最发达的磁约束系统,是许多现代聚变反应堆设计的基础。图中心的紫色显示内部的等离子体

当氢原子核中的氘核和氚核聚变时,它们形成氦核,一个中子和大量能量。

这是通过将燃料加热到超过 1.5 亿°C 的温度并形成热等离子体来实现的,a亚原子粒子的气态汤。

强磁场用于使等离子体远离反应器壁,这样它就不会冷却并失去它的作用能量势能。

这些场是由容器周围的超导线圈和通过等离子体驱动的电流产生的。

为了产生能量,等离子体必须被限制足够长的时间才能发生聚变.

当离子变得足够热时,它们可以克服相互排斥并发生碰撞,融合在一起。

发生这种情况时,它们释放的能量是化学反应的大约一百万倍,是传统核裂变反应堆的三到四倍。


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