• 欢迎访问中国光电光电子行业网! 主办单位:中国光学光电子行业协会
全球最大的激光核聚变点火装置完工
发布时间:2009-03-11    来源:网络   阅读次数:1305 分享到:
   3月10日消息,“这是一个重要的里程碑。”劳伦斯利弗莫尔光电科学国家实验室(LLNL)和美国国家点火装置(NIF)的主要负责人Edward Moses感慨道,“这项成果展现了我们不达到目的不罢休的精神,人类有史以来第一次能够在实验室里面取得核聚变能源,该点火装置是世界上体积最大能量最高的激光系统。”根据LLNL提供的信息,这个激光系统有望在3月31日之前完成能源部的官方鉴定。

        几个星期之前,LLNL的工程师第一次完成了整个系统的“打靶”实验,实验中192束激光同时打在10m直径的靶上。“虽然正式的NIF项目还未完成,但所发射的光束已经能够满足项目的需求。”工程主管Ralph Patterson表示。

        平均每束紫外激光的能量为420焦耳,称为3-omega射线,总能量达到了80千焦。在今后几个月总能量水平会逐步上升,当NIF激光系统达到峰值的时候,能量将达到1.8兆焦耳。并形成20ns的激光脉冲,产生500万亿瓦的峰值功率,这个功率比全美国的电站的功率之和还高。科学家认为这样的功率能够使氘和氚在“标靶”处发生核聚变,形成氦原子核( α粒子),然后产生更多的能量。

        在过去几个星期,科学家和工程师们都在做实验准备工作。“目前这个系统所产生的能量是其它激光系统的20倍以上,在今后几个月中,这个数字将增加2倍,NIF取得了以前科学界从未想象过的突破。”Moses表示。

美国国家点火装置实验室的俯视图

工程技术人员调整靶位

激光“打靶”

  地球最大的能量来源是太阳。太阳是我们已知的最有效率的一种能量机器,它的内部有大量氢的同位素重氢和超重氢,正发生着核聚变反应,生成一些大原子,同时发出光和热。为了应对可能出现的能源危机,世界上不少国家都在开展人造太阳的核聚变研究。参与美国人造小太阳研究的科学家表示,现有的核电厂和核武器都是采用核裂变的方式来获得能量,这种能量获取方式会产生放射性物质,对人类和周边环境构成危害。因此,核裂变发电厂将渐渐退出能源舞台,而被核聚变发电厂所代替。
   
    核聚变反应所需要的燃料地球上到处都是,人们不必担心原料会像石油那样逐渐枯竭。重氢可以从海水中提取,生产超重氢所需要的锂元素可以从一般的石头中提取。这两种原材料,也就是水和石头,地球上可以说是无穷无尽的。而且,核聚变反应释放的能量大得超出人们的想象。形象地来说,就是三瓶矿泉水就可以为一个四口之家提供一年的电力。
 
    由于太阳引力巨大,可以让其中的燃料处于高度压缩状态,氢及其同位素原子的距离变得很小,核聚变可以自然地发生,但在地球上的自然条件下却无法实现自发的持续核聚变。在氢弹中,爆发是在瞬间发生并完成的,可以用一个原子弹提供高温和高压,引发核聚变,但在反应堆里,不宜采用这种方式,否则反应会难以控制。要想让氘原子和氚原子在特殊的位置发生碰撞并且发生聚变,需要1亿摄氏度以上的极高温环境。因此,人造小太阳的核心技术是点火。
 
    曾经有不少科学家认为可控核聚变反应是不可能实现的。近年来,科学家找到了一些点燃热聚变反应的方法,美国研究人员找到的方法是利用高能激光。虽然科学家们也尝试了其他种核聚变发生技术,但从已完成的实验效果看,激光技术是目前最有效的手段。除激光外,利用超高温微波加热法,也可达到点燃核聚变的温度。
  
    美国人造小太阳耗资12亿美元,是世界上最大的激光点火装置,整个激光装置的大厅有215米长,120米宽,每次激光脉冲持续时间大约为十亿分之一秒,最大输出能量为 1800千焦,其瞬间最大输出功率为54000亿千瓦,是美国所有电厂输出功率的500倍。如此大功率的激光装置完全能点燃人造小太阳。
 
    在激光点火装置内,一束红外线激光经过许多面透镜和凹面镜的折射和反射之后,将变成一束功率巨大的激光束。然后,研究人员再将该激光束转变为192束单独的紫外线激光束,照向目标反应室的聚变舱中心。当激光束照射到聚变舱内部时,瞬间产生高能X射线,压缩燃料球芯块直至其外壳发生爆裂。燃料球芯块外壳爆裂会产生一种同样大小的反向作用力,向内压缩燃料,直到引起燃料内部的核聚变,从而产生巨大能量。
  
    美国人造小太阳将于 2009年春季首次点火。参与此次科研工作的主要是美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家。科学家们实验的目的就是利用一粒不超过针头大小的核燃料来产生1亿摄氏度的高温和超过地球气压数十亿倍的高压。如果实验能够成功,将标志着具有实际意义的核聚变发电站建设已经迈出了第一步。
  
    据专家估计,商业化的核聚变发电厂最早也要到2050年才会开始运行。这一天还非常遥远,科学家们还必须通过许多考验。如果核聚变发电能够研究成功,将对人类的能源供应产生最为深远的影响,它将成为人类有效利用核聚变能的重要一步,人类将真正拥有取之不尽用之不竭的清洁新能源。

免责声明:来源标记为网络的文章其原创性及文中陈述文字和内容未经协会证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺请读者仅作参考并请自行核实相关内容。

威睛光学上榜首届福布斯中国投资价值初创企业100系列

首届福布斯中国投资价值初创企业100系列评选”由福布斯中国与卫斯....

04-23

光经济正在迎来爆发式增长

进入21世纪,光技术开始与量子、纳米、生物科技深度交织,催生出....

03-27
行业分析
光电新闻
中国光学光电子行业协会版权所有@2025
010-84321456/1457
coema@coema.org.cn
北京市朝阳区酒仙桥路四号中国电科十一所园区