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可控核聚變突破沒(méi)帶來(lái)實(shí)用化，只是漫長(zhǎng)道路上的一小步( 二 )

生活百科托卡馬克


現(xiàn)在這些激光器每個(gè)脈沖發(fā)射大約 2 兆焦耳的能量 。對(duì)于核聚變科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這樣的水平令人興奮 。它僅相當(dāng)于大約運(yùn)行吹風(fēng)機(jī) 15 分鐘所消耗的能量——但在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)一次性全部釋放 。在 NIF 產(chǎn)生這些光束需要一個(gè)幾乎有足球場(chǎng)那么大的空間，里面裝滿(mǎn)了閃光燈 ， 可以激發(fā)激光棒并傳播光束 。僅此一項(xiàng)就需要 300 兆焦耳的能量，其中大部分都損失掉了 。
再加上冷卻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)層，你很快就能明白比聚變產(chǎn)生的能量相比，輸入需要耗費(fèi)的甚至是高出多個(gè)數(shù)量級(jí)的能量 。因此，根據(jù) Cappelli 的說(shuō)法 ， 實(shí)用化聚變的第一步是使用更高效的激光器 。
而且在能量方程的另一邊 ， 問(wèn)題還在繼續(xù) 。傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)將其產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能的效率約為 40% 。而對(duì)于聚變 ， 這可能更接近于 10-20% 。如今的研究甚至還沒(méi)有考慮到這種類(lèi)型的轉(zhuǎn)化 。
根據(jù)定義，聚變實(shí)驗(yàn)是破壞性的測(cè)試 。燃料芯塊設(shè)計(jì)為一次性粉碎，聚變能量的釋放破壞了周?chē)膬x器，鏡子被強(qiáng)大的激光損壞 。為了產(chǎn)生持續(xù)的能量，科學(xué)家們需要弄清楚如何反復(fù)發(fā)射強(qiáng)大的激光 ， 并在它們面前放置許多顆粒 。
這可能涉及每分鐘發(fā)射多個(gè)彈丸和激光 ， 相比之下，NIF 目前每天發(fā)射次數(shù)僅為 3 次 。不過(guò)，科學(xué)家們表示，12 月 13 日宣布的進(jìn)展意義仍然重大 。這種被稱(chēng)為「慣性限制」的聚變實(shí)驗(yàn)被忽視的一個(gè)方面是激光本身是一種相對(duì)較新的技術(shù)——比核裂變等技術(shù)更新 。
「與 1960 年代首次出現(xiàn)的激光器相比，我們今天擁有的多兆焦耳激光器是一項(xiàng)了不起的工程壯舉，」Carolyn Kuranz 說(shuō)道 。
NIF 研究人員利用這種能量所做的工作比許多人想象得要多 。有些人認(rèn)為，要接近點(diǎn)火，可能需要 10 兆焦耳或更多的激光能量 。此外，自 NIF 于 1999 年破土動(dòng)工以來(lái)的幾十年里，激光器一直在不斷改進(jìn)，這意味著下一代技術(shù)擁有更多的可能性 。
激光方向的進(jìn)展很令人興奮，因?yàn)樵谶^(guò)去 ， 與另一種稱(chēng)為「磁約束」（托卡馬克）的聚變技術(shù)相比，慣性約束受到的關(guān)注較少 。托卡馬克是一種甜甜圈形裝置，其中氫氣被加熱成等離子體，然后被磁場(chǎng)捕獲 。商業(yè)聚變公司普遍采用磁鐵路線(xiàn)，部分原因是激光的挑戰(zhàn) 。但最近，慣性設(shè)施得到了更多投資——今天的成功可能意味著未來(lái)會(huì)有更多投資 。
那么核聚變會(huì)有助于解決氣候變化問(wèn)題嗎？在「幾十年」的范圍內(nèi)，實(shí)際的時(shí)間表仍然模糊不清 。但在新聞發(fā)布會(huì)上，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任 Kimberly Budil 表示：「如果我們能夠投入大量精力，并保持注意力 ， 這個(gè)時(shí)間表會(huì)更近一些 。」
「盡管今天宣布了這一消息，但核聚變既不商業(yè)化也不接近商業(yè)化，因此它仍然是試驗(yàn)性技術(shù)，」斯坦福大學(xué)能源研究員 Mark Jacobson 說(shuō)道 。他主張對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能和水力發(fā)電等可用解決方案進(jìn)行更多投資 。事實(shí)上 ， 你很難找到一位認(rèn)為核聚變將在未來(lái)十年內(nèi)出現(xiàn)的等離子體物理學(xué)家 。
近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，自從天文學(xué)家亞瑟 · 愛(ài)丁頓推測(cè)了為太陽(yáng)提供動(dòng)力的氫和氦之間的關(guān)系以來(lái)，人們一直被建造一座像恒星一樣運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電廠的可能性所吸引 。
這一目標(biāo)被全球科學(xué)家追尋著，卻顯得難以捉摸，甚至有可能是我們這一代無(wú)法親眼目睹的 。「我認(rèn)為我們應(yīng)該樂(lè)觀地看待這個(gè)問(wèn)題，」加州大學(xué)圣地亞哥分校研究托卡馬克設(shè)計(jì)的研究科學(xué)家 Dmitri Orlov 說(shuō)道 。「我們今天就像看著嬰兒蹣跚學(xué)步 。而最終，它將跑一場(chǎng)馬拉松 。」
參考內(nèi)容：
https://www.nature.com/articles/d41586-022-04440-7

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