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等离子体燃烧实现惯性聚变

  等离子体燃烧实现惯性聚变

  

NIF前置放大器内部的彩色加强照片。 图片来自:Damien Jemison

   美国加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Alex Zylstra和合作者在一项新研究中报告了核聚变中的等离子态物质自热,这是使核聚变能量成为可行能源的一个里程碑。相关研究1月27日发表于《自然》。

   核聚变是原子核结合以释放能量的反应,它有望提供可持续的能源。这是一个驱动恒星的物理过程,但在实验室中很难重现这一过程,且需要使用的能量多于它能产生的能量。

   实现核聚变能量净发生器的关键步骤之一是燃烧的等离子体,其中的核聚变是热能主要来源,需维持燃料的等离子态,令其温度高到允许进一步的聚变反应。

   Zylstra和同事报告了惯性约束聚变实验中的这一状态,其中聚变反应是由压缩和加热填充热核燃料的靶丸启动的。美国国家点火装置(NIF)的实验实现了使用192个激光束点燃等离子体,快速加热并使内含200微克氘-氚燃料的靶丸内爆,达到了足够高的温度和压力触发自加热聚变反应。

   过去的尝试都受限于控制等离子形状的难题,从而无法避免扰乱激光束在等离子体内累积能量的方式,但Zylstra和同事改进了实验设计,使胶囊可以容纳更多燃料、并在包含等离子体时吸收更多能量。这些实验产生的效能(最高产生170千焦耳能量)三倍于过去实验的结果。

  

   NIF目标湾,它也是2013年电影《星际迷航:黑暗无界》中星舰企业号引擎室的取景地。NIF的192道激光束聚集在这个巨大球体的中心,使氢燃料颗粒内爆。 图片来自:Damien Jemison

   同一天,《自然—物理学》发表的一篇论文也描述了实现这一成果的实验设计优化。(来源:中国科学报晋楠)

   相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04281-w

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作者:Alex Zylstra 来源:《自然》

分类标签:科学进展  

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