第一次 核聚变实验制造的能量大于反应物吸收的能量

聚变反应首次实现了创纪录的130万焦耳的能量输出–并且首次超过了用于触发反应的燃料所吸收的能量

虽然还有一些路要走,但这一结果代表了重大改进:比之前几个月进行的实验高出8倍,比2018年的实验高出25倍。这是巨大的成就。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火设施的物理学家将提交一篇论文供同行评审。

“这项成果是惯性约束核聚变研究的历史性一步,为探索和推进我们关键的国家安全任务提升到一个根本性的新阶段。它也证明了这个团队和这个领域的许多研究人员几十年来坚定不移地追求这一目标的创新能力、智慧、责任感和勇气,”劳伦斯·利弗莫尔国家实验室主任Kim Budil说。

“对我来说,它展示了国家实验室最重要的作用之一–我们坚持不懈地致力于解决最大和最重要的科学大挑战,并在其他团队遭遇的瓶颈处找到前路。”

惯性约束核聚变涉及创造类似于一颗小星星的东西。它从一个燃料舱开始,由氘和氚组成–较重的氢同位素。这个燃料舱被放置在一个空心的金室中,其大小与铅笔橡皮擦差不多,被称为 “环空器”(一种用于辐射的黑体空腔靶)。

然后,192道高功率激光脉冲轰击环空器,在那里脉冲被转换成X射线。这些X射线使燃料舱内爆,将其加热并压缩到与恒星中心相当的条件–温度超过1亿摄氏度,压力超过1000亿地球大气压–将燃料舱变成微等离子体。

而且,正如氢气在主序星的中心融合成更重的元素一样,燃料舱中的氘和氚也是如此。整个过程在几十亿分之一秒内发生。目标是实现点火–一个由核聚变过程产生的能量超过输入能量的点。

8月8日进行的实验离这个目标差了一点;来自激光器的输入是190万焦耳。但那仍然是非常令人兴奋的成绩,因为根据研究小组的测量,聚变过程中产生的能量是燃料舱吸收能量的五倍以上。

这一次,改进激光精度,借助新的工具,以及提高胶囊内爆速度的设计,这将更多的能量转移到发生聚变的等离子体热点。

洛斯阿拉莫斯国家实验室主任Thomas Mason说:”这次热核实验是近50年来的科学和技术工作的华彩篇章。实验能够比以往任何时候都更严格地检查高能量密度体系中的理论和模拟,并使应用科学和工程中的基本目标成为可能。”

该团队计划进行后续实验,看看他们是否能够复制他们的结果,并更详细地研究这一过程。这一结果也为实验研究开辟了新的途径。

物理学家们还希望研究出如何进一步提高能源效率。当激光在环空器内部转化为X射线时,大量的能量损失;很大一部分激光反而被用来加热外壁。解决这个问题将使我们离聚变能源又近了一大步。

不过,在此期间,研究人员感到非常兴奋。

麻省理工学院等离子体科学和聚变中心的物理学家Johan Frenje说:”在实验室中实现点火仍然是这个时代的科学大挑战之一,这项成果是向实现这一目标迈出的重要一步。它还使我们能够探索一个在实验中极难进入的根本性的新阶段,进一步了解聚变点火和燃烧的过程,这对于验证和加强我们的模拟工具以支持储备管理至关重要。

“此外,这一结果是历史性的,因为它代表了几十年的辛勤工作、创新和独创性、大规模的团队工作和对最终目标的不懈关注。”

该团队在美国物理学会等离子体物理学分会第63届年会上展示了他们的成果。

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