2022年最大科技成果:美國LLNL,宣布他們首次實現可控核聚變

元宇宙夢想工廠 發佈 2022-12-28T23:55:30.831180+00:00

你最近可能在新聞上看到過很多標題,比如能源聖杯、人造太陽、人類的盜火時刻,等等。你不用記這些具體的名字,因為所有這些東西,它們最終對應的都是同一個底層技術,可控核聚變。

你最近可能在新聞上看到過很多標題,比如能源聖杯、人造太陽、人類的盜火時刻,等等。你不用記這些具體的名字,因為所有這些東西,它們最終對應的都是同一個底層技術,可控核聚變。因此,關鍵就是搞懂這五個字。而關於它,以及這回LLNL的新聞,我們大概需要知道三件事。

首先,核聚變為什麼被稱為能源聖杯?很簡單,因為能量大,而且清潔安全。

注意,核聚變,可不是核裂變。現在的核電站,利用的是核裂變。也就是,一個較重的原子核,分裂,變成幾個質量更小的原子核,然後在過程中釋放能量。而核聚變,正好相反。是幾個較輕的原子核,聚合成更重的原子核,過程中釋放能量。

核聚變比核裂變,產生的能量要高得多。按照目前使用的材料,核聚變產生的能量大概是核裂變的4倍多。什麼概念?大概1克原料,核聚變產生的能量轉化成電能,就夠一個人用幾輩子。而且核聚變產生的核廢料,半衰期極短,很快就會消失。就算反應堆泄漏,在外部環境下聚變沒法繼續。說白了,它幾乎不存在核泄漏的風險,因此被稱為清潔能源的未來。能源聖杯這個稱呼,就是這麼來的。這是咱們今天要搞懂的第一個問題。

你看,太陽之所以有那麼高的熱量,就是因為核聚變。那麼,怎麼才能人為觸發核聚變呢?首先,你需要極大的能量輸入。比如太陽,內部溫度高達1500萬攝氏度。但是,對於引發核聚變來說,這點溫度根本不夠。因此,還需要高壓。太陽提供了極大的壓力,才使得核聚變發生。

而好消息是,這一步,人類已經找到方法克服了。雖然沒有太陽那麼大的壓力,但是,人類可以用熱量來彌補。目前人類已經能製造出上億攝氏度的高溫,這足以觸發核聚變。

但是,僅僅有能量還不夠,因為即使有足夠的能量觸發核聚變,你還得能捕捉住這個反應物。這個過程用專業術語講叫約束。過程很複雜。我們打個簡單的比喻。就好比,你激活了一匹馬的野性,讓它充滿幹勁。但是,你要是約束不住它,它就跑了,不為你所用。這就是核聚變目前要攻克的技術難題,約束。

怎麼實現約束?有這麼幾種方式。首先,是重力,也就是根據萬有引力,你的質量夠大,你就能吸住反應物。太陽靠的就是重力。但顯然,人類實現不了太陽那麼大的重力。其次,是用磁力。就是利用磁力來吸住反應物,讓它無法逃走。這是目前使用的最主流的方式。咱們中國正在研發的可控核聚變,用的就是磁力約束。在這裡要特別說一下,中國正在研究的可控核聚變,也就是俗稱的人造太陽技術,已經在全世界,處在一個非常前端的水平。

還有第三種,叫慣性約束。這回LLNL用的就是這個技術。這個原理比較有意思。簡單說,就是通過雷射照射,給反應物提供能量。為什麼叫慣性約束呢?我們大概可以這麼理解。用雷射射擊反應物,就好比你突然抽了一匹馬一鞭子,馬在那一瞬間產生了巨大的能量,同時,因為挨了一鞭子,它也肯定得跑。但是,因為你動作快,這一鞭子抽過去,還沒等馬反應過來,它還維持在原來那個慣性的狀態里,你就已經把能量搜集走了。

這個技術並不是剛出現。但問題是,一直以來,輸入的雷射能量,都要大於輸出。但就在這個月,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室,第一回實現了,輸出能量,大於輸入。

這就是咱們今天要搞懂的第二個重點。LLNL的進展有多大?這是人類歷史第一回,在核聚變這件事上,賺到了。

注意,所謂可控核聚變,可控指的可不是你不發生意外,不泄漏就算可控,而是你要實現輸出大於輸入,這才叫可控。而能源回報率大於1,這是這個實驗受到全世界矚目的第一,也差不多是唯一原因。

用專業術語講,這叫增益大於1。這個增益,就是能量收穫,除以能量輸出。這個實驗室的簡稱是LLNL,全程用的能量,都是雷射。也就是,通過雷射照射給實驗裝置加熱,從而引發核聚變。而雷射的英文是laser。因此這個實驗室的負責人就開玩笑說,LLNL的意思就是,Laser,Laser,Nothing but,Laser。意思是,除了雷射,還是雷射。

那麼,這個技術離應用還有多遠呢?這就是咱們要說的第三個重點。這回LLNL的進展有多小?

注意,這裡說的小,不是說這個技術不厲害,而是單純指,它在空間意義上的小。這個實驗規模有多小呢?整個LLNL的實驗室,大概有幾個足球場那麼大。但這些都是外圍設備。具體到這回實驗的核心部分,整個反應器,大概只有一個桌球那麼大。而再進一步到反應物,也就是用來發生核聚變的物質,大概只有一粒黃豆大小。

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