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美开启“氘—氚”核聚变研究 能量将放大500倍

2016-11-17 14:07:50

核聚变研究进入全新阶段。据美国《科学》杂志在线版15日消息称,美能源部下属桑迪亚国家实验室日前在其世界最强辐射源——“Z机”(Z machine)装置内开启了氘—氚受控核聚变实验。当未来氘—氚比例达到50∶50时,它所产生的能量将是现有最大能量的500倍。

受控核聚变若能成功,几乎能使人类摆脱能源危机的困扰。其所需的原料——氢的同位素氘从海水中就可以提取,据估测,1升海水中提取出的氘若完全参与聚变反应,放出的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。而氢的另一种同位素氚,又名超重氢,半衰期为12年,极为珍贵和危险,但它与氘之间的聚变却最为容易,远远胜于目前常见的氘—氘聚变。

研究者表示,他们已经将带有放射性的氢同位素——氚(又称超重氢)——加入到Z Machine的燃料中。图中是在Z Machine真空室内,两个中子辐射效应暗盒连接着中心处的防护系统。


加入氚之后,Z Machine原本已经十分惊人的产中子上限将大大提升,释放出的中子数量将是原来的80倍。图中,首席研究员迪安·罗凡(Dean Rovang)正在检查Z Machine的氚气传输系统。


很长时间以来,在测试美国的核储备情况时,Z Machine一直在为实验室的计算机模拟提供关键信息,免去了实际爆炸核武器的过程。天体物理学家还利用Z Machine重现恒星和行星内核的极端环境。在运行状态下,Z Machine的电磁场会挤压预加热的燃料,触发聚变反应。


位于美国新墨西哥州桑迪亚国家实验室中的Z Machine是世界上最强的辐射源之一。图中,工作人员正在设备核心中检查是否存在能量异常,为下一次实验做准备。

研究团队将氚—氘的混合物加注到设备燃料中,在加入氚之后,“Z机”会激发出更大的能量,其原本已经很惊人的产生中子数上限将得到前所未有地大幅飙升,当燃料与强电磁场融合时,中子数会提高60倍至90倍,新混合燃料产生的能量也将是原来的500倍。

然而,这种方式不能一蹴而就,在实验中第一次添加的氚仅用了不到氚总量的0.1%,在接下来5年中,继续添加到燃料中的氚和氘比例才能达到50∶50。

该项目团队高管迈克·库尼奥表示,创造出如此巨大能源的设备此前从未出现过。与位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)不同的是,“Z机”的磁场可以约束出现的α粒子,并沿着场线将它们捕获,从而汇集更多的能量来维持聚变。

不过,氚分子体积太小容易渗透到设备的任何部位,使用时需在设施控制以及辐射防护方面达到相当高的要求,实验必须非常谨慎地进行,团队也将在可控制的情况下逐渐增加燃料投放比例。

核聚变称得上是电力工业的“圣杯”,它清洁、低廉、安全,而且没有限量。科技日报称,“Z机”是目前世界上最强大、最高效的实验室脉冲辐射源,其利用强磁压配合大电流,可模拟重现恒星及其内核的极端环境。同时,其在核聚变上的潜力为解决能源危机提供了一种可能,一经点燃,它便可以在七百亿分之一秒的脉冲中释放相当于全球发电总量80倍的电量。开启“氘—氚”模式后,核聚变的未来又将开启新的篇章。

(综合科技日报、新浪科技报道)

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来源:观察者网综合 | 责任编辑:孙武
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