桌面級核聚變反應取得進展!創紀錄小型核聚變反應!
邁向無限能量的一步?科學家用激光打破微小電線,以創紀錄的效率創造小型核聚變反應
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專家們使用手工製造的激光來加熱微小的不可見的納米電線
這些包含氘的來源,氘是用於聚變反應的常見燃料
它在這個尺度上產生了以前任何實驗的粒子的500倍
這一發現也可能導致新一代的中子成像技術
在實驗室中用激光掃描細線可以實現耗資數百萬美元的巨大物理實驗,記錄破壞性核聚變。
專家認為,這種無限的綠色能源來源即將到來,像這樣的發現可能有助於實現這一目標。
當氫元素等輕元素一起粉碎形成較重的元素,如氦時,融合反應就發生在恆星的中心。
釋放大量的能量,可以收穫,不會產生有害的污染物,如碳和放射性廢物。
科學家們也產生了中子,不帶電荷的亞原子粒子,其數量是此前任何一次實驗的500倍 - 效率達到創紀錄的水平。
使該過程小規模工作還可能導致除能量生成之外的其他一些有用的應用,包括新的成像技術。
在實驗室中用激光掃描細線可以實現耗資數百萬美元的巨大物理實驗,記錄了破壞性核聚變。該圖顯示了發射的聚變能的離子能譜測量結果
科羅拉多州立大學(CSU)先進光束實驗室的研究人員使用一種 緊湊但功能強大的激光器,它們從頭開始構建,以加熱微小,無形的導線,即納米線。
它們含有氘的來源,這是氫的兩種穩定同位素之一,也是核聚變反應的常見燃料來源。
該實驗導致了聚變事件的連鎖反應,其產生了含有氦和高能中子的熱和緻密等離子體。
該圖顯示了其中一條納米線的掃描電子顯微鏡圖像(左上),而其他圖顯示了納米線的3D模擬,其在超強激光脈衝照射後迅速爆炸
激光碟機動的受控融合實驗通常使用安置在體育場大小建築物中的儀器完成。
這樣的實驗通常適用於清潔能源應用的融合。
相比之下,由CSU的電氣和計算機工程與物理學教授Jorge Rocca領導的一個學生團隊使用桌面設備來運行他們的實驗。
小規模高效地製造聚變中子可能會導致中子成像技術的進步,並且中子探測技術可以深入了解材料的結構和性能。
激光碟機動的受控融合實驗通常使用安置在體育場大小的建築物中的激光來完成。科羅拉多州立大學的學生使用桌面設備進行實驗
這些結果也有助於我們理解超強激光與物質之間的相互作用。
研究人員在研究中寫道:「使用足夠短的激光脈衝可以將脈衝能量非常有效地耦合到納米線陣列的深處,將幾毫微米深度的接近固體密度的材料加熱到極端溫度。
「這種體積等離子體加熱的新方法通過使用可重複發射的緊湊型焦耳級毫微微秒激光器打開超高能量密度等離子體區域。」
這項研究的完整發現發表在Nature Communications雜誌上。
核聚變反應堆如何工作?
融合是氣體被加熱並分離成其組成離子和電子的過程。
它涉及輕元素,如氫,一起粉碎形成較重的元素,如氦。
為了發生熔合,將氫原子置於高熱和高壓下直到它們熔合在一起。
當氘和氚核 - 它們可以在氫 - 保險絲中被發現時,它們形成一個氦原子核,一個中子和大量的能量。
在核聚變反應堆中,強磁場用於使等離子體 - 亞原子粒子的氣態湯 - 遠離反應堆的壁,使其不會冷卻並失去其能量潛能。這張圖顯示了托卡馬克能源公司的實驗設計
這是通過將燃料加熱到超過1.5億攝氏度的溫度並形成熱等離子體,即亞原子粒子的氣態湯來完成的。
使用強磁場使等離子體遠離反應器的壁,使其不會冷卻並失去其能量潛能。
這些場由圍繞容器的超導線圈和通過等離子體驅動的電流產生。
對於能量生產,等離子體必須被限制足夠長的時間以發生融合。
當離子變得足夠熱時,它們可以克服它們的相互排斥並碰撞,融合在一起。
當發生這種情況時,它們釋放比化學反應多100萬倍的能量,比傳統的核裂變反應堆多三至四倍。
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