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蓝色远方6
2022-12-14

60年的研究[强]

深度 | 美国核聚变巨大突破，为什么很重要？

这是核聚变科学领域半个多世纪以来一直在努力实现的一个重要里程碑。

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Roulstone）说，“我认为这个成果非常了不起，但仍存在许多工程障碍。我们真的不知道发电厂会是什么样子。”按照这样的速度，核聚变发电对拜登政府来说还不够快，拜登政府正寻求到2050年将美国的温室气体净排放量降至零——专家表示，为了避免气候变化的最坏影响，必须实现这一目标。核聚变最终可能会点亮你的灯，帮助你结束对化石燃料的依赖。以下是你需要了解的关于这种新形式的核能的信息。什么是核聚变？为什么它很重要？长期以来，聚变能激发了核科学家和工程师的想象力。核聚变复制的能量与太阳提供能力的过程相同。当两个或多个原子融合成一个更大的原子时，就会发生核聚变，这一过程会以热的形式产生大量的能量。几十年来，世界各地的科学家一直在研究核聚变，希望用一种新的能源来重新创造核聚变，这种能源可以提供无限的、无碳的能源，而不像目前的核反应堆那样产生核废料。核聚变项目主要使用氘和氚两种元素，它们都是氢的同位素。一杯水中的氘，加上一点氚，可以为一所房子提供一年的电力。氚更稀有，获取起来也更困难，尽管它可以通过人工合成获得。“与煤炭不同，你只需要少量的氢，而氢是宇宙中发现的最丰富的东西，”Carbon Direct首席科学家、劳伦斯利弗莫尔前首席能源技术专家胡里奥·弗里德曼告诉CNN。“氢存在于水中，所以产生这种能量的物质是无限的，而且是清洁的。”核聚变和核裂变有什么不同？<img src=\"https://static.tigerbbs.com/ab9fdcded0ee5cd4bb22696f89df66ea\" tg-width=\"640\" tg-height=\"1778\" 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referrerpolicy=\"no-referrer\"/>美国国家点火装置内部。美国、英国和欧洲有几个核聚变项目。法国是国际热核实验反应堆（ITER）的所在地，有35个国家正在进行合作，其中包括主要成员中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度、日本和韩国。在美国，大部分工作是在加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置进行的，该实验室的建筑面积有三个足球场那么大，十层楼高，是世界上最强大的激光系统。国家点火装置项目通过所谓的“热核惯性聚变”从核聚变中产生能量。在实践中，科学家将192束激光束瞄准一个由黄金和贫铀制成的微型圆柱体，圆柱体里面是一个比胡椒粒还小的钻石胶囊。这个胶囊就是魔法发生的地方——它充满了氢的两种同位素，它们融合在一起时可以释放出惊人的能量。系统基本上以每秒50次的速度制造出一系列极快、重复的爆炸。当激光射向目标时，它们会产生X射线，在几分之一秒内蒸发钻石。钻石毁坏产生的冲击波粉碎氢原子，使它们融合并释放能量。从中子和粒子中收集的能量以热的形式被提取出来。国家点火装置于2009年首次开放，但其最初的激光束撞击远未达到预期。目标中的氢未能“点燃”，一直是到了2021年8月，经过多年缓慢但稳定的进展，物理学家终于点燃了胶囊内的氢气，产生了可以自我维持的燃烧。这个过程类似于点燃汽油，罗切斯特大学激光能量学实验室的首席科学家里卡尔多·贝提（Riccardo Betti）说：“从一个小火花开始，然后火花变得越来越大，然后燃烧蔓延开来。”在英国和法国的ITER项目中，科学家们正在使用巨大的甜甜圈形状的机器，上面装有被称为托卡马克（tokamak）的巨型磁铁，试图产生同样的结果。下一步是什么？科学家和专家们现在需要弄清楚如何在更大的范围内从核聚变中产生更多的能量。与此同时，他们需要弄清楚如何最终降低核聚变的成本，以便将其用于商业用途。奇滕登说：“目前，我们为每一个实验都花费了大量的时间和金钱。我们需要大幅降低成本。”科学家还需要收集核聚变产生的能量，并将其转化为电能输送到电网。核聚变技术要想生产出无限量的清洁能源，还需要数年甚至数十年的时间。为了在本世纪末将全球变暖控制在2.7华氏度，世界必须在2030年之前将碳排放量减少近一半——这比发展核聚变所需的时间要短得多。弗里德曼说：“这不会对未来20-30年的气候减缓做出有意义的贡献。这就是点燃火柴和建造燃气轮机的区别。”尽管如此，美国海军研究实验室的核科学家阿拉蒂·达斯古普塔（Arati Dasgupta）对NPR说，长期潜力是惊人的。一大堆排放碳的煤只能发电几分钟，而同样数量的聚变燃料可以让发电厂运转数年，而且没有二氧化碳排放。但是，她补充说，仍然存在许多技术问题。“这是一项艰巨的任务。”贝提也认为，建造一座核聚变工厂的时间“肯定是几十年”。但他补充说，这种情况可能会改变。“总有突破的可能，”他说。美国能源部的新成果可能有助于推动这一突破。“这样的突破会让更多的人去研究这种形式的聚变，看看我们是否能把它变成一个能源制造系统。”</body></html>","source":"lsy1606907000102","collect":0,"html":"<!DOCTYPE html>\n<html>\n<head>\n<meta http-equiv=\"Content-Type\" content=\"text/html; charset=utf-8\" />\n<meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width,initial-scale=1.0,minimum-scale=1.0,maximum-scale=1.0,user-scalable=no\"/>\n<meta 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Chittenden）说：“这次产生的能量相当于烧开10壶水。为了把它变成一个发电站，我们需要获得更多的能源，我们需要多得多的能源。”为什么这次突破很重要？这是科学家们首次成功地制造出一种能获得净能量的核聚变反应。虽然在商业上可行之前还有很多步骤，但科学家们必须证明他们可以创造出比开始时更多的能量。否则，开发它就没有多大意义了。弗里德曼在接受CNN采访时表示：“这非常重要，因为从能源的角度来看，如果你释放的能量不超过你输入的能量，它就不能成为一种能源。先前的突破也很重要，但这与生产有朝一日可以大规模使用的能源是两码事。”哪些国家在研究核聚变？美国国家点火装置内部。美国、英国和欧洲有几个核聚变项目。法国是国际热核实验反应堆（ITER）的所在地，有35个国家正在进行合作，其中包括主要成员中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度、日本和韩国。在美国，大部分工作是在加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置进行的，该实验室的建筑面积有三个足球场那么大，十层楼高，是世界上最强大的激光系统。国家点火装置项目通过所谓的“热核惯性聚变”从核聚变中产生能量。在实践中，科学家将192束激光束瞄准一个由黄金和贫铀制成的微型圆柱体，圆柱体里面是一个比胡椒粒还小的钻石胶囊。这个胶囊就是魔法发生的地方——它充满了氢的两种同位素，它们融合在一起时可以释放出惊人的能量。系统基本上以每秒50次的速度制造出一系列极快、重复的爆炸。当激光射向目标时，它们会产生X射线，在几分之一秒内蒸发钻石。钻石毁坏产生的冲击波粉碎氢原子，使它们融合并释放能量。从中子和粒子中收集的能量以热的形式被提取出来。国家点火装置于2009年首次开放，但其最初的激光束撞击远未达到预期。目标中的氢未能“点燃”，一直是到了2021年8月，经过多年缓慢但稳定的进展，物理学家终于点燃了胶囊内的氢气，产生了可以自我维持的燃烧。这个过程类似于点燃汽油，罗切斯特大学激光能量学实验室的首席科学家里卡尔多·贝提（Riccardo Betti）说：“从一个小火花开始，然后火花变得越来越大，然后燃烧蔓延开来。”在英国和法国的ITER项目中，科学家们正在使用巨大的甜甜圈形状的机器，上面装有被称为托卡马克（tokamak）的巨型磁铁，试图产生同样的结果。下一步是什么？科学家和专家们现在需要弄清楚如何在更大的范围内从核聚变中产生更多的能量。与此同时，他们需要弄清楚如何最终降低核聚变的成本，以便将其用于商业用途。奇滕登说：“目前，我们为每一个实验都花费了大量的时间和金钱。我们需要大幅降低成本。”科学家还需要收集核聚变产生的能量，并将其转化为电能输送到电网。核聚变技术要想生产出无限量的清洁能源，还需要数年甚至数十年的时间。为了在本世纪末将全球变暖控制在2.7华氏度，世界必须在2030年之前将碳排放量减少近一半——这比发展核聚变所需的时间要短得多。弗里德曼说：“这不会对未来20-30年的气候减缓做出有意义的贡献。这就是点燃火柴和建造燃气轮机的区别。”尽管如此，美国海军研究实验室的核科学家阿拉蒂·达斯古普塔（Arati 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