激光让核聚变迈向“点火”,我们离安全、廉价的清洁能源还有多远?

OFweek激光网 中字

最近,实现核聚变发电的努力迈出了一大步。位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的国家点火装置(NIF)宣布了一项前所未有的高核聚变产率实验的结果:

由192个激光器组成的阵列,通过一束激光引发反应,释放出量1.35兆焦耳(MJ)的核聚变,产生的能量具有核燃烧传播的特征。这一能量大约相当于一辆时速160公里的汽车的动能,也是触发该过程的激光脉冲能量的70%,意味着接近核聚变“点火”,即反应产生的能量足以使反应持续下去。

这个最新的里程碑表明,把核聚变用来发电的那一天,已经离我们越来越近了。而最新的这些研究结果,也恰恰力证了激光技术与这一行业惊人的发展速度。

英国伦敦帝国理工学院等离子体物理学家Steven Rose甚至评论称:“这是惯性聚变自1972年开始以来最重大的进展。”

事实上,激光是自二战结束以来最具影响力的技术发明之一。激光广泛应用于各种令人难以置信的应用领域,包括机械加工、精密外科手术和消费电子产品,是日常生活中必不可少的一部分。

然而,很少有人知道,激光也预示着物理学中一个激动人心的全新篇章:用正能量增益,实现受控核聚变。

经过60年的创新,激光现在正在帮助我们开发清洁、密集和高效的燃料,而这反过来又需要通过大规模脱碳能源生产,来帮助解决世界能源危机。激光脉冲的峰值功率,每十年就能增加1000倍。

物理学家最近进行了一项核聚变实验,产生了1500太瓦的电力。在很短的一段时间内,它产生的能源是整个世界在某一特定时刻所消耗能源的4-5倍。换句话说——我们已经能够生产大量的能源。现在,我们还需要产生大量的能量,来抵消驱动点燃激光所消耗的能量。

除了激光,在目标方面也有相当大的进步。最近使用的纳米结构目标,可以更有效地吸收激光能量和燃料点火。这只是几年的事情,但这个过程中,技术创新也在急剧上升,每年都有巨大的进步。

面对这样的进步,你可能会想,是什么仍然阻碍我们将商业聚变变成现实?

在这个方面,目前仍存在两个重大挑战:首先,我们需要将各部分整合在一起,创建一个完整的流程,满足所有物理和技术经济需求。其次,我们需要私人和公共资源的可持续投资水平来实现这一目标。总的来说,核聚变领域的资金其实严重不足,这是一大门槛。考虑到核聚变的潜力,尤其是与其他能源技术相比,这令人震惊。

2020年,清洁能源领域的投资总额超过5000亿美元。用于核聚变研究和开发的资金,只是其中的一小部分。已经有无数杰出的科学家在这个领域工作,还有渴望进入这个领域的学生。

当然,像美国这样的国家都有优秀的政府研究实验室。总的来说,研究人员和一些专注这一领域的学生相信受控核聚变的力量和潜力。为他们的工作提供财政支持,扩大公共和私人投资,使这一愿景成为现实将是重点。这类投资可能有较长的时间跨度,但其最终影响是无法比拟的。

如果激光驱动的核聚变得到完善和商业化,它有潜力成为首选的能源,取代许多现有的、不太理想的能源。这是因为,如果核聚变处理得当,它所提供的能源在同等程度上都是清洁、安全、廉价的。

科学家们相信,聚变发电厂最终将取代大多数传统发电厂和相关的大型能源基础设施,这些设施目前仍占主导地位。将不再需要煤和天然气。

正在进行的核聚变过程优化,将带来更高的产量和更低的成本,保证能源生产的价格远低于目前的价格点。在极限状态下,这相当于一种无限能量的来源。如果你有无限的能量,那么你也就有无限的可能性。

在核聚变技术支持下的未来场景中,减少我们在过去150年里排放到大气中的二氧化碳,来逆转气候变化,将成为可能。你还可以利用能源淡化海水,创造无限的水资源,这将对干旱和沙漠地区产生巨大的影响。总而言之,核聚变能让社会变得更好,保持可持续和清洁,而不是依赖破坏性、肮脏的能源和相关基础设施。

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