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可控核聚變突破沒帶來實用化，只是漫長道路上的一小步( 二 )

生活百科托卡馬克


現在這些激光器每個脈沖發射大約 2 兆焦耳的能量 。對于核聚變科學家來說，這樣的水平令人興奮 。它僅相當于大約運行吹風機 15 分鐘所消耗的能量——但在百萬分之一秒內一次性全部釋放 。在 NIF 產生這些光束需要一個幾乎有足球場那么大的空間，里面裝滿了閃光燈 ， 可以激發激光棒并傳播光束 。僅此一項就需要 300 兆焦耳的能量，其中大部分都損失掉了 。
再加上冷卻系統和計算機層，你很快就能明白比聚變產生的能量相比，輸入需要耗費的甚至是高出多個數量級的能量 。因此，根據 Cappelli 的說法 ， 實用化聚變的第一步是使用更高效的激光器 。
而且在能量方程的另一邊 ， 問題還在繼續 。傳統的內燃機將其產生的能量轉化為電能的效率約為 40% 。而對于聚變 ， 這可能更接近于 10-20% 。如今的研究甚至還沒有考慮到這種類型的轉化 。
根據定義，聚變實驗是破壞性的測試 。燃料芯塊設計為一次性粉碎，聚變能量的釋放破壞了周圍的儀器，鏡子被強大的激光損壞 。為了產生持續的能量，科學家們需要弄清楚如何反復發射強大的激光 ， 并在它們面前放置許多顆粒 。
這可能涉及每分鐘發射多個彈丸和激光 ， 相比之下，NIF 目前每天發射次數僅為 3 次 。不過，科學家們表示，12 月 13 日宣布的進展意義仍然重大 。這種被稱為「慣性限制」的聚變實驗被忽視的一個方面是激光本身是一種相對較新的技術——比核裂變等技術更新 。
「與 1960 年代首次出現的激光器相比，我們今天擁有的多兆焦耳激光器是一項了不起的工程壯舉，」Carolyn Kuranz 說道 。
NIF 研究人員利用這種能量所做的工作比許多人想象得要多 。有些人認為，要接近點火，可能需要 10 兆焦耳或更多的激光能量 。此外，自 NIF 于 1999 年破土動工以來的幾十年里，激光器一直在不斷改進，這意味著下一代技術擁有更多的可能性 。
激光方向的進展很令人興奮，因為在過去 ， 與另一種稱為「磁約束」（托卡馬克）的聚變技術相比，慣性約束受到的關注較少 。托卡馬克是一種甜甜圈形裝置，其中氫氣被加熱成等離子體，然后被磁場捕獲 。商業聚變公司普遍采用磁鐵路線，部分原因是激光的挑戰 。但最近，慣性設施得到了更多投資——今天的成功可能意味著未來會有更多投資 。
那么核聚變會有助于解決氣候變化問題嗎？在「幾十年」的范圍內，實際的時間表仍然模糊不清 。但在新聞發布會上，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室主任 Kimberly Budil 表示：「如果我們能夠投入大量精力，并保持注意力 ， 這個時間表會更近一些 。」
「盡管今天宣布了這一消息，但核聚變既不商業化也不接近商業化，因此它仍然是試驗性技術，」斯坦福大學能源研究員 Mark Jacobson 說道 。他主張對太陽能、風能和水力發電等可用解決方案進行更多投資 。事實上 ， 你很難找到一位認為核聚變將在未來十年內出現的等離子體物理學家 。
近一個世紀以來，自從天文學家亞瑟 · 愛丁頓推測了為太陽提供動力的氫和氦之間的關系以來，人們一直被建造一座像恒星一樣運轉的發電廠的可能性所吸引 。
這一目標被全球科學家追尋著，卻顯得難以捉摸，甚至有可能是我們這一代無法親眼目睹的 。「我認為我們應該樂觀地看待這個問題，」加州大學圣地亞哥分校研究托卡馬克設計的研究科學家 Dmitri Orlov 說道 。「我們今天就像看著嬰兒蹣跚學步 。而最終，它將跑一場馬拉松 。」
參考內容：
https://www.nature.com/articles/d41586-022-04440-7

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