强大的等离子枪可能是无限聚变能量的终极解决方案

几十年来,希望仅仅通过将氢原子碰撞在一起,就能产生无穷无尽的零排放能源,简直就像是在做白日梦。现在,多亏了一项未来主义实验和数十支等离子枪,科学家们离可行的核聚变能源又近了一小步。

强大的等离子枪可能是无限聚变能量的终极解决方案

36支等离子枪中的18支已经安装在机器上,这将使核聚变成为现实。这些枪是洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)等离子内衬实验(PLX)的关键部件,该实验使用一种新的方法来解决这个问题。如果PLX起作用,它将结合两种现有的方法,将单质子氢原子轰击在一起,形成双质子氦原子。这一过程中每一点燃料都会产生大量的能量,远远超过分裂重原子(裂变)所产生的能量。

人们希望在PLX中首创的方法,能够教会科学家如何有效地创造出足够有价值的能源,以供现实世界使用。

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等离子体内衬实验设备是在洛斯阿拉莫斯国家实验室拍摄的

核聚变的美好前景是它能产生大量的清洁能量。每当两个氢原子合并成氦原子时,它们的一小部分物质就会转化成大量的能量。而核聚变的问题是,没有人知道如何以一种有效的方式来产生能量。

原理很简单,但执行起来却极具挑战性。现在,世界上有大量的氢聚变炸弹,它们可以在一瞬间释放出所有的能量,并摧毁自己(以及方圆数十公里内的一切)。偶尔,甚至某些孩子都能在他们的游戏室里建造出一个小型、低效的聚变反应堆。但是,现有的聚变反应堆吸收的能量比它们产生的要多。迄今为止,还没有人成功地创造出一种可控的、持续的聚变反应,其释放出的能量比制造和控制聚变反应的机器消耗的能量还要多。

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国际热核聚变实验堆(ITER)工程现场

一般来说,PLX结合的两种方法中的第一种叫做“磁约束”。这就是被称为托卡马克(tokamaks)的聚变反应堆所使用的技术。托卡马克使用强大的磁铁,来悬浮机器内部熔合原子的过热、超稠密等离子体,这样它就能保持熔合而不会逃逸。其中,最大的是“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”,位于法国的一台25000吨的机器。但该项目面临延误和成本超支,甚至乐观的预测,该项目也要到本世纪50年代才能完成。

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美国国家点火装置(NIF)核心

第二种方法叫做“惯性约束”。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室,另一家能源部设施,有一台名为“国家点火设施(NIF)”的机器,它正采用这种方式进行聚变。NIF基本上是一个非常大的系统,用于向含氢的微型燃料电池发射超强激光。当激光击中燃料时,氢被加热,困在燃料电池内的氢发生聚变。NIF是可操作的,但它产生的能量并不比它消耗的多。

根据美国物理学会(APS)的一份声明,PLX与上述两种情况略有不同。它像托卡马克(tokamak)一样,使用磁铁来容纳氢。但是,它是通过从装置球形腔体周围排列的等离子枪喷射出的热等离子体,从而使氢达到聚变的温度和压力。PLX使用的是等离子枪,而不是NIF使用的激光。

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在等离子体内衬试验的早期点火试验中,七股超音速等离子射流相撞。

目前,领导PLX项目的物理学家已经安装完成了18支枪,并做了一些早期实验。这些实验为研究人员提供了等离子体射流在机器内部碰撞时的早期数据。研究人员表示,这些数据很重要,因为对于等离子体在这类碰撞中的确切行为,存在着相互矛盾的理论模型。

洛斯阿拉莫斯实验室表示,该团队希望在2020年初安装剩余的18支等离子枪,并在当年底前使用全部36支等离子枪进行实验。


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