美國“人造太陽”未來可提供安全環(huán)保的廉價能源

　　太陽這顆大火球發(fā)光發(fā)熱，靠的是核聚變反應。這種反應其實人類也實現(xiàn)過——氫彈，可在瞬間產(chǎn)生大量熱能，但尚無法加以利用。如能使熱核反應在一定約束區(qū)域內(nèi)，根據(jù)人們的意圖有控制地產(chǎn)生與進行，即可實現(xiàn)受控熱核反應。

　　據(jù)美國《華爾街日報》2月14日報道，美國研究人員在受控核聚變的實驗中，取得一項關(guān)鍵進展，首次在核聚變實驗“點火”時，實現(xiàn)了能量“盈余”。雖然只持續(xù)了短短的一瞬，但這項實驗令外界看到可控核聚變得以實現(xiàn)的希望，或還可以模擬類似恒星內(nèi)部的環(huán)境，開展相應的基礎(chǔ)科學研究。

　　NIF制造出“微型太陽”

　　核聚變和核裂變，這兩個詞估計大家并不陌生。簡單來說，核聚變就是小質(zhì)量的兩個原子核，合成一個比較大的原子核;核裂變就是一個大質(zhì)量的原子核，分裂成兩個比較小的原子核。在這兩種變化過程中都會釋放出巨大的能量，而核聚變釋放的能量更大。

　　目前核電廠是通過核裂變發(fā)電，那是不是也能有通過核聚變來發(fā)電的核電廠呢?據(jù)資料顯示，核聚變是任何已知的產(chǎn)生能量過程中，最高效的一種，核聚變?nèi)剂峡梢詮淖匀唤绔@得，且?guī)缀鯖]有產(chǎn)生有毒副產(chǎn)品或發(fā)生核熔毀的風險。

　　點火裝置的靶室(192束激光聚焦在小小的氘-氚靶丸上)。

　　人類已經(jīng)實現(xiàn)了不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸，這讓人們意識到了核聚變的力量。但是要想讓這種核聚變能量受到控制，并被有效利用，即實現(xiàn)受控核聚變(俗稱“人造太陽”)，條件卻非?？量?mdash;—原子核要在超高溫和高壓下相互融合。

　　引發(fā)核聚變反應，首先要向核燃料中輸入能量，可以理解為“點火”。只有讓核聚變產(chǎn)生的能量，超出“點火”所消耗的能量，才能將其作為有效的能量來源。太陽中心溫度高達1500萬攝氏度，還有巨大的壓力，而在地球上無法獲得那么大的壓力，要想“點火”，只有通過大幅度提高溫度來彌補。

　　美國能源部下屬的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，成功復制了這一制造能量的過程，創(chuàng)造了一顆“微型太陽”。該實驗室的物理學家哈瑞肯和他的研究團隊，使用全世界最強力的激光核聚變裝置——國家點火裝置(簡稱NIF)，朝一個豆粒大小的靶標發(fā)射激光，觸發(fā)了核聚變反應，在不到一秒鐘的時間內(nèi)，釋放出了巨大的能量。

　　受控激光核聚變裝置中的“氘-氚靶丸”和盛放靶丸的鍍金輻射腔。

　　首次實現(xiàn)能量“盈余”

　　據(jù)研究人員報告說，他們在實驗中先將極少量的氫同位素核燃料，均勻裹在一個直徑2毫米的球狀顆粒上，核燃料的厚度僅相當于一根頭發(fā)絲，然后將小球裝入一個微型“膠囊”中。研究人員利用激光，將“膠囊”迅速加熱到比太陽還高的溫度，使其內(nèi)部發(fā)生劇烈爆炸。

　　此前的實驗中發(fā)生內(nèi)爆后，球狀顆粒通常會變形，降低了能量持續(xù)產(chǎn)生的效率。而此次實驗取得這一新進展的關(guān)鍵，就在于更加精準控制了核燃料在球狀顆粒表層的鋪設，使核聚變中產(chǎn)生的氦原子核，可將能量再次轉(zhuǎn)移至核燃料中，引發(fā)進一步的核聚變反應，從而產(chǎn)生更多能量。

　　這一研究論文于2014年2月13日發(fā)表在《自然》雜志上，論文第一作者、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室物理學家哈瑞肯說，通過使用這種技術(shù)，他們在全世界范圍內(nèi)，首次實現(xiàn)了燃料釋放出的能量，超出了輸入燃料的能量，也就是首次在完成“點火”時，實現(xiàn)了能量“盈余”。這是實現(xiàn)控制核聚變切實可行的前提條件，說明了只要激光與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室所用的激光有類似尺度，就有可能實現(xiàn)核聚變“點火”。

　　研究人員采用的是慣性約束核聚變法，也就是使用192支可產(chǎn)生1.8兆焦耳能量的強激光，替一顆用氘(氫的一種穩(wěn)定形態(tài)同位素，也被稱為重氫)、氚(氫的另一種同位素，也稱超重氫)等做成的燃料芯塊，進行加熱和壓縮直至核聚變反應發(fā)生。最終核聚變反應產(chǎn)生的能量，大約是以前記錄的10倍。

　　據(jù)了解，NIF這一設施位于加州，是一座10層樓的建筑，占地面積約為三個足球場大小。該設施建筑成本35億美元，2009年投入使用。自那以來，該設施的運營成本已經(jīng)達到數(shù)億美元。

　　受控核聚變應用仍遙遠

　　雖然是首次實現(xiàn)了“盈余”，不過研究人員也指出，實驗中所取得的能量“盈余”十分有限，離最終實現(xiàn)所謂的“點火”還差很遠。要讓核聚變反應持續(xù)發(fā)生，這一“盈余”必須達到實驗所投入能量的百倍以上，這是核聚變發(fā)電切實可行的前提條件。

　　在此前的實驗中，激光能量大多耗散掉，沒能抵達燃料。研究的下一個目標便是實現(xiàn)“總增益”。受控核聚變真正為人類所用，仍是一個“十分遙遠的希望”。

　　核工程專業(yè)、愛好者、翻譯達人的果殼網(wǎng)網(wǎng)友瑪雅藍做了一個形象的比喻——做核聚變實驗，就像在一臺坑爹的自動售貨機買東西。過去它一直吞錢，去年11月的時候科學家投了一百塊，它終于出來一瓶5塊錢的可樂，但掉在地上灑了你喝不到。這次你終于能喝到了，但還是太貴。