可控核聚变被美国实现了?未来全球能源格局即将改写

可控核聚变被美国实现了?未来全球能源格局即将改写

题图来自Unsplash,基于CC0协议

开头

重磅消息!美国能源部将发布,美国在核聚变领域获得突破性的进展!

据相关人士透露说,很大概率是位于加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置已实现核聚变反应,并产生了120%的净能量增益。

而目前其他国家所折腾的托卡马克装置,仿星器什么的,到现在还没有比较重大的突破。

那么美国这次到底是怎么做到的?它对于未来核聚变领域,又会产生多大的影响?

美国研究

核聚变是个好东西,只需要使两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核,就能释放出大量能量。

这种方式产生的能量,不仅比核裂变释放的还要大,相关原材料还容易获取,而且安全,没有核废料的担忧。

从理论上讲,在同等质量下,核聚变可以产生比核裂变高出四倍多的能量。

只需要有几克这样的反应物,就能产生一万亿焦耳的能量,这大约是发达国家的一个人在60年内所需要的能量总和。

由于太阳内部就是核聚变反应,所以想要在地面上实现核聚变,也被人们称为”人造太阳”。

但是这个“人造太阳”可不是那么好搭建的,地球上可没有哪种材料能承受住太阳那种高温,那怎么办?

一种办法就是利用磁约束,也就是托卡马克装置,它是利用磁约束装置来操控氢的同位素 – 氘和氚,使之能够成等离子体,并加热至1亿摄氏度左右,使其相关碰撞,继而发生聚变,并释放能量。

目前有好几个国家都开始弄了,比如欧洲的国际热核聚变实验反应堆(ITER)、中国的东方超环(EAST)、韩国的KSTAR等。

但是由于长开发周期及高资金消耗,很多国家到现在还没有产生比较大的进展,但中国除外哈。

2021年5月,中科院的“东方超环EAST”实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒,和1.6亿摄氏度20秒的等离子体运行,创造了新的世界纪录。

同年12月,东方超环实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,这是目前世界上托卡马克装置实现的最长时间。

另外一种就是利用激光约束,有代表性的就是国家点火装置,它用超高能的激光轰击微小的核燃料,使其坍缩内爆,模拟太阳内部的环境,实现氢聚变点火。

比如美国这次使用的就是这个,整个实验设施耗资35亿美元,由近200台激光器组成,有三个足球场那么大,这种装置会产生192束高能激光,然后同时让它们一起轰击一枚直径仅有2毫米的胶囊,以启动核聚变反应。

这枚胶囊也是有讲究的,内部含有两种氢的同位素—氘,氚组成的热核材料,胶囊外侧则涂抹着易于激发的涂料。

在很短的时间内,大量激光会让外层涂料同内部第二层的氘氚迅速气化,气化又会带来对内部热核材料产生了难以想象的惯性压力。

同时这种压力是十分巨大的,又进一步促使芯部氘氚融合成氦原子并放出大量能量,可以把这种办法理解为是一种微型核聚变。

相关资料显示,美国这个国家点火装置能以脉冲形式提供高达1.9兆焦耳的能量,峰值功率高达500太瓦,该系统每次发射时消耗大约400兆焦的能量。

当然了,核聚变实验到底是不是成功的?也是要有科学依据的,关键在于净能量增益,也就是核聚变的输出能量大于输入能量。

在2021年8月,美国这个装置曾进行过一次实验,但最终产生的能量只有输入能量的70%,实验算是以失败告终。

在经过不断优化后,美国又重新进行实验,这次获得了很大的成功,聚变反应产生了大约2.5兆焦耳的能量,大约是激光所消耗的2.1兆焦耳能量的120%。

这就好比你花5万元投资了一个项目,现在收益达到了6万,就有赚头了。

不过有两名了解情况的人士表示,能量输出确实比预期的好,但同时一些检测设备受到了不同程度的破坏,这会让后续分析变得复杂,目前科学家们正在努力分析数据。

尽管现在所产生的能量还比较有限,大约相当于9个9伏电池,但是如果考虑到仅有两毫米大小的反应装料和不到一秒的反应时间,这算是一个里程碑式的进步。

结尾

要知道激光核聚变的持续输出,可比托卡马克容易多了,激光核聚变持续发电有点类似于我们汽车发动机的汽缸技术,一次爆炸产生一段时间动力发电,技术是成熟的。

而托克马克需要稳定约束1亿度的等离子体,还需要解决产生大量中子问题,全都是技术瓶颈。

核聚变只要输出能量大于输入能量,而且过程可控,就可以像内燃机一样循环点火对外做功推动发电机发电。

再加上地球上氢氘氚含量丰富,而且核聚变无核辐射污染,可以源源不断的产出清洁电力,这就是终极能源。

人类几千年历史最大的技术突破,生产力突破奇点近在眼前,一旦商用,社会将会在未来二十年内发生巨大的变革。

虽然相关报道并没有透露具体的信息成果,但是美国在核聚变领域的突破,显然是取得了重大成绩,而这种成就可能已经领先世界了。

现在来看,美国人是不鸣,则已一鸣惊人。

如果能够在核聚变领域上取得突破,并且在未来最终能够掌握核聚变能源的控制,这对于人类未来的能源革命,无异于掌握了一扇新的大门。

哦,不,是掌握了人类未来能源额金字塔。

而以美国人的尿性,一旦掌握了新的技术,必然会改变目前的游戏规则,从而会获得利益上的最终定价权,最终又会收割全球财富。

过去的芯片垄断尚且如此,能源更是如此。

毫不夸张的说,美国在石油霸权之后,又开辟了新的能源霸权,想起了星球大战计划,此时中东那些狗大户们正在瑟瑟发抖中。

当然了,美国恐怕此时也非常担心东方某大国,未来会不会也在能源领域取得突破,到时候自己的话语权就不会那么强硬了。

看来留给我们的时间不多了,要赶紧加油才行咯!

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