聚变反应实验条件模拟成功

2011-3-17 10:03 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网3月16日(北京时间)报道,目前的商业核电站都是用核裂变来发电,核聚变迄今还无法用于大规模商业核电站中。最近,美国国家点火装置(NIF)项目的科学家攻克了点火装置中两个关键难题,如太阳般的极端高温以及均匀的、使标靶不会失形的压力,从而演示了在激光驱动下产生核聚变所需的条件。研究结果发表在近日出版的《物理评论快报》上。

  与核裂变相比,聚变反应能产生同样巨大的能量但核废料却更少。NIF的目标是实现聚变反应,最终用来生产可持续清洁能源。NIF科学家们正在研究的是一种惯性约束聚变(ICF),即在高能激光热量和压力条件下的聚变,将一个一英寸(约2.5厘米)见方的金质燃料芯块(称为“黑体辐射空腔”)作为氢同位素原子核发生聚变的场所。ICF反应的目标是获得点火,让聚变反应内部的燃料芯块所产生的能量,比激光引发反应时所提供的能量高10至20倍甚至更高。

  在最近的实验中,NIF科学家获得了类似太阳的极端高温以及均匀、使标靶不会失形的压力。他们用一种直径2毫米的塑料小球代替了金质黑体辐射空腔,将192束激光聚集在含氦元素的塑料球上,所产生的巨大热量中近90%转换为X射线,使温度达到360万摄氏度。在这一温度下,2毫米直径的塑料球各向均匀收缩为只有1/10毫米。

  NIF副主管爱德华·莫斯表示,新实验已经模拟出聚变反应发生的实验条件,比以前更加切实可行,并有望在明年上半年进行真正的演示。研究人员目前正在对含有不等量氘和氚的小球进行测试,以检验不对称向心聚爆的可行性,以实现最终的点火。

  尽管实验条件看起来相当成熟,但真正的点火跟实验还有些不同。真正点火时,燃料芯块中用的不是氦而是铍元素,并包含了氢同位素氘和氚。激光产生的X射线使铍产生一种向内的向心聚爆,将震波传给氢同位素,进一步提高氘和氚原子核的温度,达到临界点后,它们才会克服彼此的斥力而聚合在一起。

本文来源: 中国科学院     责任编辑:webmaster
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