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2016-11-26 23:58:18 科学百科 阅读 2 次

简介/迷你太阳 编辑

迷你太阳
科学家希望到2012年他们的这个耗资22亿英镑(35.49亿美元)的“迷你太阳”,能成为全球首个可持续性核聚变反应堆。

科学家希望到2012年他们的这个耗资22亿英镑(35.49亿美元)的“迷你太阳”,能成为全球首个可持续性核聚变反应堆。技术人员向反应堆中心发射192束激光束,这些光束瞄准的是一个含有氘和氚气的玻璃目标物。该科研组使反应堆中心的温度上升到600万华氏度。据专家预测,该反应堆将在2020年开始运行,到2050年将有四分之一的美国能源是由核聚变能提供的。这个反应堆将成为地球上的一个微型“太阳”,它在2020年开始运行时,将为数千人提供能量。

在地球上创造一颗微型恒星/迷你太阳 编辑

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中心发射192束激光束,这些光束瞄准的是一个含有氘和氚气的玻璃目标物。

它看起来可能跟任何普通建筑物并没有太大区别,但是它紧闭的门后却隐藏着未来的安全再生能源的答案。在美国加利福尼亚州的利弗莫尔国家实验室国家点火装置(NIF)建设地点,科学家正在向建全球首个可持续聚变反应堆----“在地球上创造一颗微型恒星”的目标迈进。

通过过去几周进行的一系列主要试验,这项耗资22亿英镑(35.49亿美元)的项目又向成功在2012年点燃可操作性聚变反应迈进了一小步。据利弗莫尔国家点火装置的一个科研组说,11月2日他们朝该反应堆中心发射192束激光束,用它们瞄准一个包含氚和氘气体的玻璃目标物。它释放的能量高达1.3兆焦,这打破了世界纪录,其核心的最高温度大约是600万华氏度。与之相比,太阳中心的温度是2700万华氏度。

能在2年内使可持续性核聚变反应变成现实/迷你太阳 编辑

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该科研组使反应堆中心的温度上升到600万华氏度。

然而这项最新试验并没引发可持续性聚变反应,不过国家点火装置的科学家对它的未来充满自信。国家点火装置主管爱德·摩西说:“这些试验结果非常振奋人心。它们让我们相信,我们一定能实现氘-氚核聚变目标物里的点火条件。”这些研究人员自1997年该设施开始建设起,就一直在从事这项工作。他们希望能在2年内使可持续性核聚变反应变成现实,这一成果将对地球具有重大意义。

据国家点火装置的官员估计,核聚变反应堆版本的发电站原型将在2020年开始运行,到2050年将有几乎四分之一的美国能量是由核聚变能提供的。国家点火装置是美国能源部国家核军工管理局(NNSA)的构想,是世界上最大的激光科学建设项目。在国家点火装置内部是130吨重的目标靶室,192个激光器发射的中子,最终将会引发核聚变反应。

与恒星和巨型行星核心的环境更加类似/迷你太阳 编辑

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据专家预测,该反应堆将在2020年开始运行,到2050年将有四分之一的美国能源是由核聚变能提供

靶室里的洞的直径是10米,用30厘米厚的混凝土掩埋,使192束激光可以进入靶室内。这一过程被称作正在进行的惯性约束核聚变(ICF),一旦反应堆被点燃,它将促使目标材料(由一个玻璃球盛放的材料)里产生空前高温和高压。靶室里的温度将会超过1亿华氏度,内部压力将超过地球大气压的1千亿倍。这些条件与恒星和巨型行星核心的环境更加类似,而不是位于旧金山东部的一个国家机构里的科研装置。

国家点火装置是一个面积是足球场的3倍的10层楼高的建筑物的所在地,它不仅是美国能源学家,而且是全球能源研究人员的一个长期梦想。国家点火装置的一位发言人说:“为了在实验室里产生核聚变燃烧和增益进行的长达10年的研究,促使国家点火装置的构想诞生。目前利用核聚变或原子裂变产生能量的核电站,在过去50多年已经大大增加了发电量。但是迄今仍未证明利用核子融合燃烧和增益产生能源的方法是可行的。”

这位发言人说:“要想发生核聚变燃烧与增益,首先必须‘点燃’由氢的同位素氘和氚构成的特殊燃料。20世纪70年代,科学家开始利用强大的激光束进行试验,压缩和加热氢的同位素,使其达到它们的熔点,这一技术被称作惯性约束核聚变。利用激光束快速加热,导致目标物的最外层发生爆炸。根据牛顿的第三定律,目标物的剩余部分在强烈内爆的驱使下,内部的燃料受压压缩,形成一个冲击波,这会进一步加热中心区域的燃料,导致可持续性燃烧,即已知的点火。”

850台电脑使激光束的间隔不超过50微米/迷你太阳 编辑

计算机自动控制集成系统所在地国家点火装置控制室,是模仿德克萨斯州休斯顿美国宇航局的任务控制中心建设的,它是有史以来为科学仪器设计的最复杂的自动控制系统之一。国家点火装置的一位发言人说:“它的850台电脑使激光束的间隔不超过50微米。”

核聚变能/迷你太阳 编辑

核裂变能是核电站采用的形式,迄今为止它已引发了众多事故,例如1986年的切尔诺贝利核泄漏事故。然而核聚变能与前者不同,它不仅安全,而且相对还很环保。国家点火装置的一位发言人说:“尽管核聚变是一种核子过程,但是它与裂变过程不同,因为核聚变反应不产生放射性副产品。核聚变能非常有希望成为一种长期的未来能源,因为核聚变所需的燃料在地球上比较丰富,而且它产生的能源比较安全和环保。”

这位发言人说:“氘是从海水里萃取出来的,氚来自金属锂,这是土壤里的一种常见元素。一加仑海水可提供相当于300加仑汽油产生的能量,50杯海水产生的燃料所含的能量,相当于2吨煤。核聚变电站将不会产生碳,而且生成的放射性副产品也比当前的核电站更少,储存方法也更简单。核聚变电站的核反应堆失控或‘坍塌’,也不会造成危险。因此,核聚变能将对环境和经济都有利。国家点火装置只是第一步,要达到这个目标,科研人员还要进行更多研究和技术开发工作。”