网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

美国“人造太阳”大突破?史上第一次自持燃烧,和中国的大不一样

0
分享至


人造太阳是人类能源的终极梦想,一旦在地球上点燃氢聚变并实现自持燃烧,人类就有望实现能源自由,彻底摆脱对化石能源的依赖,我们的星球也将不再被持续加热,避免即将到来的气候崩溃,生灵涂炭。

现在,美国的“人造太阳”——国家点火装置,已在人类历史上第一次实现了自持燃烧,8月8日同时发表的3篇重磅论文,详细介绍了达成这一进步的实验设计、改进、测量和结果。那么,这是不是意味着美国的“人造太阳”就要升起,率先实现可控核聚变的重大突破了呢?事情可能复杂得多,而且中间还藏着一个人所皆知的重大“秘密”。


  • 能量来自哪里?

宇宙大爆炸后经历了漫长的黑暗时期,直到分子云坍缩点燃氢聚变形成恒星,整个宇宙才被照亮,而氢聚变就成了这个宇宙中最主要的能量来源。我们的星球也是沐浴在太阳氢聚变释放的能量中,孕育出日趋复杂的生命形式,直到我们人类的出现。

但太阳的光辐射飞向四面八方,地球能得到的,仅仅是微不足道的极小部分,千百年来我们只能靠燃烧化石燃料来维持发展,导致地球被不断加热,气候崩溃可能已近在咫尺,人类和其他生命岌岌可危。


  • 两种人造太阳

人造太阳可能就是力挽狂澜的关键,它可以把太阳搬到地球,在地球上实现氢聚变,让我们有取之不尽,用之不竭的能源,而又不用加热我们的星球。

在地球上实现氢聚变目前主要有两个方向,一个是托卡马克装置,利用磁场来约束高温等离子体,维持氢聚变,包括国际热核聚变试验反应堆、中国的东方超环及韩国的类似装置等,都是属于这一类型。


而美国的国家点火装置属于另一个方向,它是一种惯性约束装置,利用强大的激光压缩聚变材料,使其内爆产生高温高压来点燃氢聚变,更像是发生在太阳中的情形,只不过太阳是通过物质的巨大引力,而不是激光来压缩中心的聚变材料。

无论是哪种人造太阳,都需要输入巨大的能量,才能实现氢聚变点火——这里要解释一下,实际是氢的同位素氘-氚聚变,这种聚变相对来说是最容易实现的,所以目前的人造太阳实验用的都是氘和氚,为方便起见,我还是统称氢聚变。


  • 人造太阳如何才算成功?

人造太阳成功的最终标志,就是氢聚变点火-自持燃烧-产生的能量大于输入的能量总和。

目前全球的托克马克装置都还未能实现氢聚变点火,中国的东方超环已实现1.2亿度101秒等离子体运行,1.6亿度20秒等离子体运行,以及1056 秒的长脉冲等离子体运行,接连刷新世界纪录。但这仍离人造太阳升起发电还有很长的距离,韩国的预期是在未来30年内开始利用核聚变发电。


  • 美国国家点火装置

美国的国家点火装置,是用3个足球场大小的各种设施设备,产生192束强大的高能激光,分成两组射进一个直径10米,重达130吨的钢球“靶室”里,在10亿分之一秒的时间内,相向射入中间一个直径约6.72毫米,由金和铀制造的圆柱形“黑腔”,而黑腔的中央,是一个1毫米大小,装着约200微克氘氚燃料的胶囊。


激光的总能量高达200万焦耳,峰值功率500万亿瓦,从“黑腔”的两端射入后会在内壁反射产生X射线,让3个足球场大小装置产生的能量轰击区区1毫米大小的胶囊,导致其瞬间坍缩(内爆),速度高达350公里/秒,氘氚原子在1亿摄氏度的极端高温和1000万个大气压下发生聚变,产生氦原子核(α粒子),并释放高能中子和其他形式的能量。


这时候如果条件合适,内爆对称,压力和温度足够高,这些α粒子就可能轰击周围的氘氚燃料,引发可以自持的聚变反应,相当于我们用激光去点火,这个装置因而被命名为国家点火装置。


这次论文所说的点火,实际是在去年8月8日实现的,在这个过程中胶囊产生了1.35兆焦耳 (MJ)的能量,是它内爆点接收能量的50倍,胶囊接收能量的6倍,输入激光能量1.9兆焦耳的70%——如果达到或超过100%,才能说这个微型人造太阳完全成功了。而地球历史上首次发生的受控氢聚变连锁反应,也仅持续了100万亿分之一秒,之后的重复实验,也未能再现这样的过程,由此可见,要实现自持氢聚变是多么的困难。


这个原因其实说复杂也复杂,说简单也简单,要用3个足球场大,长达1公里的厂房设备,把422兆焦耳电容存储的能量,转换成1.9兆焦耳的192束激光,精确引导到一个1毫米大小的胶囊上,时间误差还不能超过30皮秒,整套设备必须实现零震动和零热涨冷缩,所有机械都必须完美,即使10吨重的设备,安装误差也不能超过100微米,这就意味着任何些微的差错,都可能导致结果的面目全非。


  • 美国人造太阳的秘密

然而,如此厉害的装置,如此重大的突破,这个玩意儿却并不是专为人造太阳而建的,而是藏着一个人所皆知的重大“秘密”。这就是在全球禁止核试验后,美国可以通过这个装置测量与温度、密度和压力相关的聚变参量,作为计算机模拟核爆的标定参数,为评估核武器提供秘密的关键数据——你知道它是干什么的,但你不知道它干了什么,得到了什么。

所以虽然只实现了这一次的自持氢聚变,但这一年里在其他基础物理方面,美国科学家们也进行了很多实验。而最关键的是,这个装置已为美国培养了众多高水平的人才,推动了核聚变和其他核技术等多个领域的发展,并保证了核武库的长期安全和性能。


国家点火装置的点火,就像人为压缩氘氚制造一个极为微小的太阳;

托克马克装置的点火,则是利用超导建立的强大磁场,将上亿度的等离子体约束在直径数米的范围内,更像是一个真正的太阳。

所以我觉得真正的人造太阳,可能还是托克马克装置,美国这个倒像是打酱油的,要是把两者结合在一起会怎样?

这三篇论文发表在8月8日的《物理评论快报》和《物理评论E》上,刚好是在一年之后,无疑具有极为重要的意义。

参考:

Lawson Criterion for Ignition Exceeded in an Inertial Fusion Experiment

Experimental achievement and signatures of ignition at the National Ignition Facility

Design of an inertial fusion experiment exceeding the Lawson criterion for ignition

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
李易峰被释放回公司:全程用帽子遮脸,整个人已经憔悴不堪

李易峰被释放回公司:全程用帽子遮脸,整个人已经憔悴不堪

素素娱乐
2022-09-25 08:16:14
美国发现中国一种全新的隐形战斗机,一次就是8架,有点懵

美国发现中国一种全新的隐形战斗机,一次就是8架,有点懵

瞩望云霄
2022-09-24 15:19:53
美欧考虑“一揽子”措施制裁中国,以阻止中国统一,中方当笑话看

美欧考虑“一揽子”措施制裁中国,以阻止中国统一,中方当笑话看

包明说
2022-09-25 07:00:03
新疆00后美少女因8分钟宰一只羊爆火,称:放羊比上班自由

新疆00后美少女因8分钟宰一只羊爆火,称:放羊比上班自由

鬼谷子思维
2022-09-24 16:49:01
为了满足我老公的需求,我竟将我的亲妈折磨疯了,而我也扛不住了

为了满足我老公的需求,我竟将我的亲妈折磨疯了,而我也扛不住了

始终回不去
2022-09-17 10:29:41
陈继志被判刑后,曾经让网友等着看通报的老婆,会不会和他离婚

陈继志被判刑后,曾经让网友等着看通报的老婆,会不会和他离婚

江湖艺人军哥
2022-09-25 12:08:49
陷害黄磊,黄渤公开拒绝合作:从顶流到垫底,他现在后悔了吗?

陷害黄磊,黄渤公开拒绝合作:从顶流到垫底,他现在后悔了吗?

蜗牛研究僧
2022-09-24 11:52:50
德约科维奇不舒服了!纳达尔随费德勒一同退赛,直言:他走我不留

德约科维奇不舒服了!纳达尔随费德勒一同退赛,直言:他走我不留

拳击时空
2022-09-25 07:32:34
17岁时朴槿惠和同学合影,这时出落亭亭玉立大姑娘,标准东方美女

17岁时朴槿惠和同学合影,这时出落亭亭玉立大姑娘,标准东方美女

娱乐意林lin
2022-09-24 15:32:59
外国人可以参加俄军了,不超过60岁就行!月薪16万还给俄罗斯国籍

外国人可以参加俄军了,不超过60岁就行!月薪16万还给俄罗斯国籍

无定河
2022-09-20 16:30:38
帅气出场!梅西晒阿根廷队照:左德保罗、右戈麦斯

帅气出场!梅西晒阿根廷队照:左德保罗、右戈麦斯

直播吧
2022-09-25 08:46:03
拜登还是签字了?中美突发大事,9月22日,我商务部表态斩钉截铁

拜登还是签字了?中美突发大事,9月22日,我商务部表态斩钉截铁

前沿时刻
2022-09-24 10:17:44
海清作品被下架,给所有女人敲醒警钟,15年前这剧是怎么过审的?

海清作品被下架,给所有女人敲醒警钟,15年前这剧是怎么过审的?

我是娱有理
2022-09-20 17:33:30
排面!谷爱凌带8个女同学斯坦福吃下午茶,中国美女请她们吃马卡龙

排面!谷爱凌带8个女同学斯坦福吃下午茶,中国美女请她们吃马卡龙

818体育
2022-09-25 15:47:23
又是一部低开高走的新剧,播了三集从7.5分飙上8.7分!

又是一部低开高走的新剧,播了三集从7.5分飙上8.7分!

热荐电影
2022-09-24 00:04:16
谢贤:我父亲只活到64,我担心我也是,只能让谢霆锋早点独立赚钱

谢贤:我父亲只活到64,我担心我也是,只能让谢霆锋早点独立赚钱

海洋里的娱乐
2022-09-25 10:45:02
复旦教授王德峰吸烟再被举报罚款,但他只在意授课内容被断章取义

复旦教授王德峰吸烟再被举报罚款,但他只在意授课内容被断章取义

读史
2022-09-25 06:07:34
此国曾对外宣称,谁敢动中国就灭谁国,4年后枪支对准中国

此国曾对外宣称,谁敢动中国就灭谁国,4年后枪支对准中国

我思故我在呀
2022-09-25 08:32:19
勇士首次训练!科尔:几个月前夺冠的老将们打爆了年轻人

勇士首次训练!科尔:几个月前夺冠的老将们打爆了年轻人

OnFire
2022-09-25 07:24:04
1984年,戴安娜生下了哈里王子,那一头红发刺痛了查尔斯的眼睛

1984年,戴安娜生下了哈里王子,那一头红发刺痛了查尔斯的眼睛

笑傲春秋
2022-09-24 23:19:20
2022-09-25 17:16:49
时秒说
时秒说
全球最有趣最搞笑的趣闻轶事
133文章数 592关注度
往期回顾 全部

科技要闻

特斯拉变相降价8000? 销售:季末冲量

头条要闻

大城市的"陪诊师":年轻客户占比超6成 一小时100块

头条要闻

大城市的"陪诊师":年轻客户占比超6成 一小时100块

体育要闻

调查乌度卡: 只是出轨?为何全联盟炸锅?

娱乐要闻

贝嫂向儿媳求和,却怪她到处散播谣言

财经要闻

汽车要闻

小鹏G9购买指南 蔚小理该如何选择

态度原创

游戏
本地
房产
手机
公开课

魔兽世界怀旧服:WLK升级巨大福利

本地新闻

《俄罗斯方块》被要求“改名”?差点信了!

房产要闻

手持近400万,还真的有人去黄埔买公寓?

手机要闻

ROG游戏手机6天玑至尊版体验:信仰即实力 重新定义性能旗舰

公开课

医院一天收入6000万,医生算账:亏钱

进入关怀模式