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可控核聚变点火成功!35亿美元烧了几壶水,清洁能源指日可待

作者:小嘉说科普

现在,人类的能源科技又进了一大步!一大阵新闻刷屏了你的朋友圈,并说明可控核聚变点火成功!到底是怎么回事?

可控核聚变点火成功,35亿美元烧了几壶水,清洁能源指日可待。

2021年12月14日,美国加利福尼亚州,隶属于劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的国家点火设施(NIF)令全球媒体跌破眼镜,通过世界上最大的激光法兰斯特费尔德实验装置成功在人工条件下,实现可控核聚变点火。

可控核聚变点火成功!35亿美元烧了几壶水,清洁能源指日可待

这一突破性的实验,让点火激活可控核聚变反应的梦想,从乌托邦式的科学幻想,变成了离我们越来越近的现实。

可控核聚变点火成功,让全球数以亿计的人狂喜已久,世上最清洁、最安全、最强大的能源,有望在接下来的十年呈现在我们面前。那么这项历经数十年研发的科技突破,除了火花四射的激动之外,还意味着什么呢?

一、可控核聚变:人类梦寐以求的清洁能源神器。

在我们整个大自然当中,能量之争亘古不变,能量的产生和消耗都在整个宇宙中运行着。而依靠这股永不干涸的力量,母亲大地在诺大宇宙中一直运行着。

一直以来,科学家们都在试图通过模仿效仿太阳内部那一颗颗星星新生的过程,来在地球上找到一种更加清洁和高效的能源。这种过程便是小编标题所说的核聚变。

核聚变是指在高温、高压条件下,让两个原本互相排斥的原子核,发生碰撞和融合,从而形成一个新的原子核的过程。而在这个过程中所释放的能量,往往十分巨大。

这一过程,听上去或许简单,但实际上却极其复杂,它需要极高的温度、需要足够密集的高质子原子核、还需要足够长时间的对撞等多种因素的协同作用。

一般太阳以及恒星内部的高温环境是自然状态下聚变反应发生的地方,也是这边天然“清洁安全”的能量来源。

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太阳内部温度高达1.5亿摄氏度的惊人数值,这一温度不仅能够让太阳核心中的氢原子核以300公里/秒的速度相互碰撞,还能让氢原子核以10亿以上的数量密度几率聚集在一起。

这种极高的温度和密度,不仅为太阳上的氢核施加足够的能量,足以克服核间互相排斥的库伦力,还让两个互相作用的强核力获得足够的作用时间,从而使两个氢核最终融合形成了一个氦核。

而这种聚变过程所释放出的巨大能量,不仅让太阳可以不断的释放出光线和热量,也为支撑太阳持续燃烧的能量来源。

然而,人类想要在地球上复制核聚变过程却并不容易,尤其是想要复制太阳这般稳定,安全的聚变能源,更是困难重重。

因为人类无法逃过地心引力的束缚,这使得我们需要极端条件才能够模拟太阳内部的高温、高压环境。因为我们没有太阳内部那么高的温度,所以我们只能借助现代高科技手段,来模拟这种过程。

人类从20世纪60年代起,便投入了大量人力物力来研究核聚变技术,并且不断的进行尝试,却始终未能取得突破。这其中许多原因中,能量输入和输出失衡是最核心的问题之一。

能量输入和输出失衡导致的问题,简单来说,就是科学家们通过不同的方式向实验设备聚变能量,但是我们能够得到的聚变能量,往往不足以覆盖人类初始投入能量。

一个最为典型的例子就是目前最成熟的核能技术——核裂变。在核裂变技术当中,科学家可以获得一份燃料所释放出的2至3倍的能量。

也就是说,假如我们向实验装置投入的初始能量是3兆焦耳,而在聚变反应成功后我们可以获得9兆焦耳的能量,那么我们最终的能量收益就是6兆焦耳。

而核裂变技术发明之后,我们也积累了大量的聚变技术相关知识,但是为了保障世界各地公众的安全,我们依旧没有开发出商业化的聚变技术。

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有人会说,结果这么看来,我们花钱、花时间去研究核聚变技术,最终得到的收益还不如烧几壶水来的划算呢。

但是,在众多核聚变科研工作者的不懈努力之下,在劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL),一个高科技的实验室中,人类终于在2021年12月14日迎来了一个令全球惊叹的大日子。

二、可控核聚变点火成功!人类迈出了实现清洁能源的关键一步。

这一天,相信在不久的将来也会载入历史,源源不断的能量从地平线之外,传递到这个星球的表面上。

NIF是一座位于加利福尼亚利弗莫尔国家实验室的大型实验设施,它是由美国能源部国家核安全局设立的全球最大的激光实验设备。

在这个设备当中,科学家们可以通过不同的方式来对其按照不同的需求,进行调整和改进。这是科研人员研究核聚变技术时,最为常用的一个实验设备。

12月14日,在LLNL的科学家的精心准备之后,通过一种高科技的、看上去像是光束瞬间穿梭的装置,科学家们成功让核聚变技术成功的点火。

虽然LLNL的科研人员花费了大量的心血,准备了一个非常漂亮的现场燃放烟花,但即便是在最好的实验条件下,这一过程依旧只能维持数皮秒,就像一个瞬间的小小火焰。

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在这一瞬间之中,这个豌豆大小的“小太阳”,为人类带来了一个极大的希望。它释放出了前所未有的大量能量,这也意味着人类的聚变技术迈入了一个全新的阶段。

据官方数据显示,这一次实验中,科学家们向实验场地输入了大约2.05兆焦耳的能量,而事后测量所得的核聚变能量,总共达到了3.15兆焦耳。也就是说这一点燃的聚变火花,让人类获得的能量增益率高达153%。

这一数据,相较于之前科学家们的模拟研究所获得的数值,或许会逊色些,但是对于整个科研人员群体来说,这已经是一个取得了极为显著突破的成就。

在历史上,很多重大科技进步的过程当中,往往需要经历几十年甚至上百年的时间考验,而聚变实验成功,也为人类迈向清洁能源的未来打下了一盘非常重要的棋子。

人类历史上迄今为止最成功的核聚变技术,莫过于太阳核心中的自然聚变过程了。但就在离人类渺小的宇宙中一黯然失色的瞬间,我们通过现代高科技的助力,取得了人类历史上第二大成功的核聚变技术,也就离实现清洁能源的梦想更近一步。

笔者认为。核聚变技术的成功点火,无疑会给人类的未来发展带来许多积极的影响,比如未来聚变反应堆可以释放极多的能量,为人类提供更为清洁、高效的能源选择。

一旦科学家和工程师找到了解决这些问题的方法,我们就很有可能迎来一个新的能源时代,那将是为人类的未来发展留下可持续能源的宝贵财富。

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与此同时,聚变技术的成功点火,也为我们提供了一种新的清洁、强大的能源选择。聚变反应并不会产生长期存在的放射性核废料,也不会产生能够导致重大破坏的核爆炸。

未来,我们或许能够在人工条件下实现可控核聚变反应,为人类提供更为清洁、安全的能源,那将成为为可持续发展的社会奠定坚实基础的宝贵资源。

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