核融合研究新里程碑,成功實現「燃燒電漿」狀態

作者 | 發布日期 2022 年 01 月 28 日 10:00 | 分類 核能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


那一瞬間,核融合終於成真。為了在地球上打造可與恆星媲美的能量,科學家們多年來鑽研核融合技術,最近美國科學團隊則透過高功率雷射光,成功實現「燃燒電漿(burning plasma)」,轉瞬即逝間讓核融合所產生的能量超過總輸入能量。

核融合主要是模擬太陽能發生的反應,太陽核心大約攝氏 2,700 萬度,每秒將大約 6.2 億噸氫融合成 6.16 億噸氦,把 400 萬噸物質轉化成能量,若要在地球上創造這些反應,需要大量的能量來啟動這個過程。

這項成就發生的地點位於勞倫斯利佛摩國家實驗室的國家點火設施(National Ignition Facility,NIF),該機構自 2009 年啟用,科學家們在此研究核融合技術,為產生龐大壓力和溫度,以 192 台雷射發射出 1.9 兆焦耳(MJ)的紫外線能量,再照到小如滾珠軸承大小的環空器(hohlraum)中,內爆其中的燃料膠囊,才有機會將原子融合成氦,並釋放出巨大能量。

而這次,國家點火設施的核融合反應成功釋放出 1.35 MJ 焦耳能量,這也是首次核融合過程所產生的能量超過總輸入能量。

LLNL 物理學家 Alex Zylstra 表示,過去幾十年來核融合實驗使用大量的「外部」加熱系統,才能在高溫高壓下驅動核融合反應,但如今我們抵達新里程碑,首次讓核融合反應自己加熱。根據團隊說法,這就是所謂的自熱效應(self-heating),核融合電漿可自行加熱,當自己供熱的能量大於外部能量時,就是進入燃燒電漿狀態。

現在科學家們則在國家點火設施邁出微小但關鍵的一步。在此次實驗中,科學家先微調裝置,包括擴大集中在燃料上的雷射能量,同時改變目標的幾何形狀和雷射束間的能量傳輸方式,以全新的方式來控制壓縮和加熱燃料的內爆過程,創造出自熱電漿。

LLNL 物理學家兼主要作者 Annie Kritchey 表示,我們首次在核融合研究設施中達到燃燒電漿狀態。縱使電漿僅維持短短納秒級,真要實現持續穩定核融合反應,還需幾十年的時間,但團隊終於向點燃(ignition)邁出重要一步,仍認為這轉瞬即逝的自熱電漿,是一個重要的概念證明。

(首圖來源:Lawrence Livermore National Laboratory, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)