美國科學家宣佈核聚變(核融合)研究取得重大突破,首次實現了聚變反應的淨能量增益,即從聚變實驗中產生的能量多於引發反應的能量。

幾十年來,物理學家一直在研究該技術,因為它有望成為近乎無限的清潔能源的潛在來源。

但專家們稱,在核聚變能為普通家庭提供能源之前,還有一段路要走。

該實驗在加州的勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)的國家點火設施(National Ignition Facility)中進行。

勞倫斯利佛摩國家實驗室主任金·布迪爾(Kim Budil)博士表示:「這是一項歷史性的成就……在過去60年中,成千上萬的人為這項努力做出了貢獻,我們需要真正的遠見才能走到這裏。」

核聚變反應與太陽和其他恆星釋放能量的原理相同,因此被科學界稱為「小太陽」,也被喻為能源領域的「聖杯」(holy grail)。

其工作原理是使用192台激光器將氫燃料球加熱到超過1億攝氏度,並施加逾1000億倍地球大氣氣壓的壓力,使氫原子聚變並釋放能量。

它與核電站目前採用的核裂變技術相反。在核裂變中,重原子分裂成較輕的原子,該過程會產生大量有輻射的廢料。

核聚變產生的能量更高,而且只會產生少量的放射性廢料,並不會產生溫室氣體排放,因此不會導致氣候變化。

核聚變原理 

BBC

但其中一個挑戰是迫使元素在一起聚變需要非常高的溫度和壓力。此前,沒有任何實驗能夠產生比使其工作所需的能量更多的能量。

位於加州的國家點火設施耗資35億美元(28.5億英鎊)。

在宣佈這一突破時,美國國家核安全局負責國防項目的副局長馬文·亞當斯(Marvin Adams)博士說,實驗室的激光器向目標輸入了2.05兆焦的能量,然後產生了3.15兆焦的聚變能輸出。

牛津大學物理學教授詹盧卡·格雷戈裏(Gianluca Gregori)教授說:「今天的成功有賴於美國、英國和世界各地許多科學家所做的工作。隨著現在實現了點火,不僅核聚變能源被解鎖,而且通往新科學的大門正在打開。」

倫敦帝國理工學院(Imperial College London)等離子體物理學教授和慣性聚變研究中心聯合主任傑里米·奇頓(Jeremy Chittenden)稱這是「一個真正的突破時刻」。

「它證明了長期追求的目標,即核聚變的『聖杯』,確實可以實現。」他說。

關於人類多久可以看到核聚變被用於發電的問題,勞倫斯利佛摩國家實驗室主任布迪爾說,目前仍然有重大障礙,但是「通過共同努力和投資,對基礎技術進行幾十年的研究,我們就可以建造一座發電廠」。

目前,主要的障礙包括降低成本和擴大能量輸出的規模。


我們離核聚變能源的未來有多遠?

BBC科技事務編輯 麗貝卡·莫雷勒(Rebecca Morelle)

他們在這個實驗中產生的能量是很小的——只夠燒開幾壺水,但它所代表的意義是巨大的。

這使我們向核聚變動力的未來又近了一步。但在這成為現實之前,仍有很長的路要走。

這項實驗表明,科學原理是可行的。在科學家們甚至可以考慮擴大其規模之前,它需要重覆和完善,並且其產生的能量必須得到顯著提升。

這項實驗已經耗費了數十億美元——核聚變並不便宜。但對清潔能源來源的承諾肯定會成為克服這些挑戰的一大推動力。

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