美国 LLNL 实验室首次实现核聚变反应的净能量增益,「人造太阳」或将成真了。
爆炸性消息!史上首次,人类实现了核聚变反应的净能量增益。
净功率增益,即产生的聚变功率与用于加热等离子体的功率之比率。
美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL),从一个实验性核聚变反应堆中,让核聚变反应产生的能量多于了这一过程中消耗的能量。
这就意味着,人类朝人造太阳的目标,又近了一步。
而化石燃料和传统核能,或将退出历史的舞台!
核聚变反应净能量增益,意味着什么
「核聚变」究竟是什么呢?
简单地说,就是两个轻原子核结合成一个较重的原子核,并释放出巨大能量的过程。
我们都知道,万物生长靠太阳,太阳是地球上一切生命的源泉,那太阳的能量来自于哪里呢?
就是核聚变。
在这个热核反应中,两个氢原子碰撞并聚合成氦原子,氦的质量比原来的氢原子略小。
因此,根据爱因斯坦标志性的 E=mc² 质能方程,这个质量差会转化为能量爆发出来。
在太阳的核心,每秒都在发生 6.2 亿吨氢的核聚变
这种能量,使我们人类得以生存。
理论上,只要有几克氘(重氢)和氚(超重氢)的混合反应物,就有可能产生一太(万亿)焦耳的能量,这大约是发达国家的一个人 60 年内所需的能量。
既然核聚变能产生如此大的能量,那我们人类能不能自己 DIY 这个过程,造出个「人造太阳」?
没错,科学家们早就开始这么想了。
自从人类开启了和平利用核能的研究,如何在可控的条件下利用核聚变反应产生的能量,一直是人类的终极目标(而目前的核电站,原理是核裂变反应)。
但是,利用核聚变最大的难题之一是,核聚变过程本身也会消耗巨大的能量,该如何让核聚变反应释放出的能量大于输入的能量,而且让这个过程可持续呢?
从上世纪 50 年代以来,无数的物理学家就一直希望从核聚变反应中产生比消耗更多的能量。
如果攻克了这个最大的难题,人类将有可能史上首次获取海量无碳清洁能源,彻底改变未来的能源路线图。
也就是说,到了那时,就不再有煤和石油燃烧产生的温室气体,不再有危险、长效的放射性废物 —— 人类将得到真正意义上的「清洁能源」!
而现在看起来,这个难题的第一步已经被解决了。
据英国《金融时报》报道,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)从一个实验性核聚变反应堆中实现了「净能量增益」,让核聚变反应产生的能量多于这一过程中消耗的能量。
据消息人士透露,这次反应产生的能量是消耗能量的 120%,至少有两名研究人员证实了这一消息。
一位资深核聚变科学家对《华盛顿邮报》表示:「对我们大多数人来说,这只是一个时间问题。」
此次核聚变反应产生了大约 2.5 兆焦耳的能量,大约是激光器中 2.1 兆焦耳能量的 120%,目前具体数据仍在进一步分析中。
美国能源部和 LLNL 发言人均表示,目前无法评论《金融时报》的报道,不过美国能源部长 Jennifer Granholm 表示,将在今天晚些时候宣布一项「重大科学突破」。
核聚变专家亚瑟・特瑞尔(Arthur Turrell)博士表示,「如果这个结果得到最终证实,我们将见证一个历史性的时刻。」
四次复现全部失败,人类科技被智子锁死?
其实,之前的科学家们,就曾见证过这一奇迹。
2021 年 8 月,LLNL 曾宣布了一项重大突破:破纪录地产生了超过 10 万亿瓦的高能聚变能量 —— 虽然时长只有一秒不到。
装置将最初的光子脉冲放大并分成 192 道紫外线激光束后,在不到 40 亿分之一秒的时间内以大约 1.9 兆焦耳的能量击中目标(装着冷冻的氘和氚),创造出只有在恒星和热核弹中才能见到的温度和压力。
面对如此强大的脉冲能量,原子核会因核聚变释放出一连串的粒子,并由此产生更多的聚变和更多的粒子,从而形成持续的聚变反应。
根据定义,当聚变反应产生的能量超过其消耗的能量时,就能成功「点火」。
而在 8 月的试验中,通过核聚变反应产生的能量,已经占到了输入能量的 70%,可以说非常接近点火了。
然而,在接下来进行的 4 次试验中,都未能复现当时的结果。
其中效果最好的一次,也只达到了 8 月份实验所产生能量的 50%。
对此,研究人员分析认为,由于目前正处于聚变「点火」的临界点附近,所以不同实验间微小、偶然的差异都会对结果造成巨大影响。
从重复实验的失败中不难看出,研究人员在很长一段时间内,仍然无法精准理解、操纵和预测这类高能实验。
甚至知友「氯甲烷」调侃称:「我觉得人类科技可能真的被智子锁死了」。
复刻核聚变为何如此之难?
为什么人类想要复刻核聚变,会这么难呢?
这就要从核聚变反应的条件说起。
核聚变反应发生在一种叫作等离子体的物质状态中。
等离子体是一种由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体,具有不同于固体、液体和气体的独特性质。