一夜秋风叶无痕
2022-12-13
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今晚见证历史！人类或首次实现可控核聚变
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width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>核聚变反应净能量增益，意味着什么</p><p>‘核聚变’究竟是什么呢？</p><p>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。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/2bbcea8ce02bf4c17288e8ae01df97aa\" tg-width=\"445\" tg-height=\"407\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>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？</p><p>就是核聚变。</p><p>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。</p><p>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。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/c4c2167954e1c5113e6ee464805faaac\" tg-width=\"550\" tg-height=\"310\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>在太阳的核心，每秒都在发生6.2亿吨氢的核聚变</p><p>这种能量，使我们人类得以生存。</p><p>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。</p><p>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’？</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/e722077106ea0d584d5bb6db4ea56358\" tg-width=\"550\" tg-height=\"353\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>没错，科学家们早就开始这么想了。</p><p>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）。</p><p>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？</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/835d6b7887636473df66fca6ab46e4bb\" tg-width=\"550\" tg-height=\"101\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>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。</p><p>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。</p><p>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’！</p><p>而现在看起来，这个难题的第一步已经被解决了。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/5b6f732ebbc0a20754abacddd79271e0\" tg-width=\"550\" tg-height=\"367\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>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。</p><p>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。</p><p>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。’</p><p>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。</p><p>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’。</p><p>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。’</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/5ea56a316cc4ff365c669e5d1210114d\" tg-width=\"550\" tg-height=\"440\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>四次复现全部失败，人类科技被智子锁死？</p><p>其实，之前的科学家们，就曾见证过这一奇迹。</p><p>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。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/2845edf5b2614779d1729eee22533995\" tg-width=\"550\" tg-height=\"361\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>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。</p><p>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。</p><p>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’。</p><p>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。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/e8cb23b036df88dd090744478a961256\" tg-width=\"550\" tg-height=\"323\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>然而，在接下来进行的4次试验中，都未能复现当时的结果。</p><p>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%。</p><p>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。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/b43bc2b72fc22e4978066e99b2dbcde1\" tg-width=\"550\" tg-height=\"388\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>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。</p><p>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’。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/87c1d7ea427dfd28fea6cf5d892af3a3\" tg-width=\"550\" tg-height=\"286\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>复刻核聚变为何如此之难？</p><p>为什么人类想要复刻核聚变，会这么难呢？</p><p>这就要从核聚变反应的条件说起。</p><p>核聚变反应发生在一种叫作等离子体的物质状态中。</p><p>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。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/a19b071272b80e5457cf98903d959cc8\" tg-width=\"550\" tg-height=\"210\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>从左至右：固体，液体，气体，等离子体</p><p>为了实现聚变，原子核需要在超过1000万摄氏度的极高温度下相互碰撞，以使它们能够克服相互间的电排斥力。</p><p>一旦原子核克服了这种排斥力，并进入彼此非常接近的范围，它们之间的核力吸引力将超过电排斥力，从而使它们能够实现聚变。</p><p>要做到这一点，众多原子核必须被约束在一个小空间内，以增加碰撞的机会。</p><p>在太阳中，存在巨大的引力，而这种引力所产生的极端压力，正为核聚变的发生创造了条件。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/f42d247e84b90ff499b89685c1c3e56a\" tg-width=\"550\" tg-height=\"464\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>在太阳内部，氢原子被加热到等离子体状态，电子不再围绕质子旋转，然后释放的原子核聚变形成氦原子和中子，释放出巨大能量</p><p>然而，太阳中有着能够诱发核聚变的巨大引力，我们人类却没有这样的自然条件。</p><p>在地球上，要想使氘和氚发生聚变，就需要超过1亿摄氏度的温度和强大的压力，还需要充分的约束，才能使等离子体和聚变反应保持足够长的时间。</p><p>现在，我们人类的实验中已经非常接近核聚变反应堆所需的条件，但仍需改进约束性能和等离子体的稳定性。</p><p>来自50多个国家的科学家们，在不断试验新材料，设计新技术。</p><p>不过，就像我们在上文所看到的，许多实验已实现聚变，但并未实现净功率增益。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/f88ef26349072d2a82742188b80c9cbe\" tg-width=\"550\" tg-height=\"412\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>而这次突破，是否意味着我们就要用上纯粹的清洁能源了呢？其实并没有。</p><p>首先，即使单纯从数据上看，120%的能量净增比例仍然是远远不够的。据科学家估计，如果要将核聚变技术落地实用，能量输出必须至少比进入的激光器的能量高出几倍才有可能。</p><p>而且，这次实验中的NIF的激光器效率极低，也就是说，实验中供给激光器的能量中，只有很小一部分实际进入了激光束中，实际参与了激发核聚变的反应中，大部分能量都被浪费掉了。</p><p>按照这种转换效率，即使未来的激光器（比如固态激光器）能够进一步提升转换效率，但距离100%的核聚变应用，仍然是很遥远的事情。</p><p>但是至少，我们实现了从0到1的一步。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/fdb5ab30428c559220d4924918279b65\" tg-width=\"550\" tg-height=\"310\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>我国新一代‘人造太阳’再次取得进展</p><p>建人造太阳的，不止是美国的科学家。</p><p>早在20世纪50年代，我国也开始了可控核聚变的研究。</p><p>与LLNL采用的‘惯性约束聚变’方法不同，迄今为止大多数核聚变研究都采用名为‘托卡马克’的圆环形反应堆。</p><p>它的原理是：在反应堆内，将氢气加热到足够高的温度，让电子从氢原子核中剥离，形成等离子体（带正电的核和带负电的电子云）。磁场将等离子体困在圆环形状的装置内，将原子核融合在一起，以中子的形式释放出能量向外飞去。</p><p>2020年12月4日，由中核集团核工业西南物理研究院自主设计、建造的新一代‘人造太阳’建成并实现了首次放电。</p><p>2022年10月，相关研究再次取得重大进展——HL-2M等离子体电流突破100万安培（1兆安）。</p><p>这不仅创造了我国可控核聚变装置运行新纪录，也标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步。</p><p><img src=\"https://static.tigerbbs.com/10758fbeaeeb0b0a26ba8091be9bd554\" tg-width=\"550\" tg-height=\"369\" referrerpolicy=\"no-referrer\" width=\"100%\" height=\"auto\"/></p><p>HL-2M是我国目前规模最大、参数最高的托卡马克装置。</p><p>其核心参数是等离子体电流强度，而等离子体电流达到100万安培（1兆安）是其实现聚变能源的必要条件，未来托卡马克聚变堆必须在兆安级电流下稳定运行。</p><p>此次突破意味着该装置未来可以在超过1兆安培的等离子体电流下常规运行，这对我国自主设计运行聚变堆具有重要意义。</p><p>总结一下</p><p>据悉，对于劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的这次实验的重大公告，美国能源部预计将在美国太平洋时间周二上午7点，也就是北京时间的今晚23点左右进行直播。</p><p>人类历史会被永远改变吗？十小时后见分晓！</p></body></html>","source":"lsy1569730104218","collect":0,"html":"<!DOCTYPE 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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。从左至右：固体，液体，气体，等离子体为了实现聚变，原子核需要在超过1000万摄氏度的极高温度下相互碰撞，以使它们能够克服相互间的电排斥力。一旦原子核克服了这种排斥力，并进入彼此非常接近的范围，它们之间的核力吸引力将超过电排斥力，从而使它们能够实现聚变。要做到这一点，众多原子核必须被约束在一个小空间内，以增加碰撞的机会。在太阳中，存在巨大的引力，而这种引力所产生的极端压力，正为核聚变的发生创造了条件。在太阳内部，氢原子被加热到等离子体状态，电子不再围绕质子旋转，然后释放的原子核聚变形成氦原子和中子，释放出巨大能量然而，太阳中有着能够诱发核聚变的巨大引力，我们人类却没有这样的自然条件。在地球上，要想使氘和氚发生聚变，就需要超过1亿摄氏度的温度和强大的压力，还需要充分的约束，才能使等离子体和聚变反应保持足够长的时间。现在，我们人类的实验中已经非常接近核聚变反应堆所需的条件，但仍需改进约束性能和等离子体的稳定性。来自50多个国家的科学家们，在不断试验新材料，设计新技术。不过，就像我们在上文所看到的，许多实验已实现聚变，但并未实现净功率增益。而这次突破，是否意味着我们就要用上纯粹的清洁能源了呢？其实并没有。首先，即使单纯从数据上看，120%的能量净增比例仍然是远远不够的。据科学家估计，如果要将核聚变技术落地实用，能量输出必须至少比进入的激光器的能量高出几倍才有可能。而且，这次实验中的NIF的激光器效率极低，也就是说，实验中供给激光器的能量中，只有很小一部分实际进入了激光束中，实际参与了激发核聚变的反应中，大部分能量都被浪费掉了。按照这种转换效率，即使未来的激光器（比如固态激光器）能够进一步提升转换效率，但距离100%的核聚变应用，仍然是很遥远的事情。但是至少，我们实现了从0到1的一步。我国新一代‘人造太阳’再次取得进展建人造太阳的，不止是美国的科学家。早在20世纪50年代，我国也开始了可控核聚变的研究。与LLNL采用的‘惯性约束聚变’方法不同，迄今为止大多数核聚变研究都采用名为‘托卡马克’的圆环形反应堆。它的原理是：在反应堆内，将氢气加热到足够高的温度，让电子从氢原子核中剥离，形成等离子体（带正电的核和带负电的电子云）。磁场将等离子体困在圆环形状的装置内，将原子核融合在一起，以中子的形式释放出能量向外飞去。2020年12月4日，由中核集团核工业西南物理研究院自主设计、建造的新一代‘人造太阳’建成并实现了首次放电。2022年10月，相关研究再次取得重大进展——HL-2M等离子体电流突破100万安培（1兆安）。这不仅创造了我国可控核聚变装置运行新纪录，也标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步。HL-2M是我国目前规模最大、参数最高的托卡马克装置。其核心参数是等离子体电流强度，而等离子体电流达到100万安培（1兆安）是其实现聚变能源的必要条件，未来托卡马克聚变堆必须在兆安级电流下稳定运行。此次突破意味着该装置未来可以在超过1兆安培的等离子体电流下常规运行，这对我国自主设计运行聚变堆具有重要意义。总结一下据悉，对于劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的这次实验的重大公告，美国能源部预计将在美国太平洋时间周二上午7点，也就是北京时间的今晚23点左右进行直播。人类历史会被永远改变吗？十小时后见分晓！","news_type":1},"isVote":1,"tweetType":1,"viewCount":608,"commentLimit":10,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false,"reportStatus":false,"symbols":[],"verified":2,"subType":0,"readableState":1,"langContent":"CN","currentLanguage":"CN","warmUpFlag":false,"orderFlag":false,"shareable":true,"causeOfNotShareable":"","featuresForAnalytics":[],"commentAndTweetFlag":false,"andRepostAutoSelectedFlag":false,"upFlag":false,"length":27,"xxTargetLangEnum":"ZH_CN"},"commentList":[],"isCommentEnd":true,"isTiger":false,"isWeiXinMini":false,"url":"/m/post/623019273"}
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