广告

科学家成功创造“燃烧电浆”为自维持核聚变铺路

时间:2022-05-02 06:06:54 作者:Maurizio Di Paolo Emilio,EE Times欧洲特派记者 阅读:
燃烧电浆是实现自维持(self-sustaining)核聚变能源所需要的;达到适当温度与压力的电浆,是核聚变能源的关键要素之一,能实现可观的能量增益...
广告

美国劳伦斯利佛摩国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的研究人员成功创造了让核聚变燃料自体发热所需的条件,称之为燃烧电浆(burning plasma),这是掌握核聚变能源的一个关键步骤。

燃烧电浆是实现自维持(self-sustaining)核聚变能源所需要的;达到适当温度与压力的电浆,是核聚变能源的关键要素之一,能实现可观的能量增益。Livermore的研究人员历经数十年的核聚变研究之后,宣称在实验室环境下发现了燃烧电浆的状态。该测试是在美国国家点火设施(National Ignition Facility,NIF)所进行;该机构配备了一套雷射,能以脉冲形式输出最高达1.9兆焦耳(megajoules)的能量,尖峰输出值可达500太瓦(terawatts)。

由物理学家Alex Zylstra、Omar Hurricane等人在《Nature》期刊共同发表的论文,除了描述以上技术进展,还包含有关于靶材(target)设计的配套论文。Livermore研究人员利用NIF在一个辐射空腔(radiation cavity)环境下产生X光,其放射是用以透过间接过程中的X光烧蚀压力,来引导一个燃料容器。在内爆(implosion)过程中,采用机械性技术对氘-氚(deuterium-tritium)燃料进行压缩和加热。

根据论文作者的说法,产生核聚变反应的实验都是利用大量的“外部”加热方式来产生电浆,而他们的系统号称是首度证实核聚变过程本身能提供大部份热能。

 

间接驱动惯性约束(inertial confinement)核聚变方法示意图。

(来源:《Nature》)

“在NIF进行的核聚变实验成果,为商用核聚变能源指引了道路;”核聚变产业协会(Fusion Industry Association)执行长Andrew Holland指出,将有越来越多会员公司“以NIF的实验成果为基础,加速朝着以核聚变作为能量来源的方向迈进。”

要让核聚变发生作用,燃料必须维持适当的功率平衡,因为许多因素会导致电浆损耗能量。相较之下,核聚变和内爆压缩会加热电浆。核聚变是一个非线性过程,科学家正努力开发一套所产生能量高于消耗之能量的系统,这也是一个商用反应炉的基本条件。点火克服了泄漏过程,让核聚变反应几乎可以自我维持。

将反应器点火需要将核聚变燃料加热到很高的温度和压力,并且把所产生的电浆局限到足够长的时间。自1950年代开始的相关研究,被形容为“在地球上打造一颗恒星”,要把核聚变转换为可商用的能源,已经被证明是难解的任务。科学家探索了多种加热和局限电浆的方法,其中最常见的两种分别是“惯性”(inertial)方法──燃料被自身的惯性所局限,以及“磁性”(magnetic)方法──即透过磁场来局限电浆中的带电粒子。

NIF利用强力雷射来加热并压缩一个小容器中的氢燃料──该雷射的192道光束聚焦于一个胡椒粒大小,装有氘气与氚气的的胶囊,让燃料被压缩至铅的100倍之密度,并使燃料温度大幅上升至摄氏1亿度;当热被施加于靶材,就会产生电浆。

在Livermore研究人员最近的实验中,他们在一个封装了氢、氘与氚同位素的微小黄金圆筒中,聚焦192道激光束产生10奈秒(ns)的爆炸,来启动整个过程。激光束蒸发黄金、产生X光,将胶囊从内部爆破并产生核聚变反应。所产生的核聚变反应释出许多种粒子,包含“α粒子”,它们与环绕的电浆互动,进一步地将电浆加热。在一个自维持反应,或点火过程中,被加热的电浆释出更多的α粒子,因此产生更多的热能。

当核聚变反应而非雷射点火成为电浆升温的主要热源,该热源提供了自维持核聚变所需的能量。研究人员指出,他们的实验是首次产生燃烧电浆,而且所产生的核聚变能量高于压缩和加热核聚变燃料时消耗的能量。以往的尝试因受限于控制电浆形状的挑战,在能源生产过程中仅实现净增益。因此这些研究人员宣称,他们证实了一条能提高核聚变性能水平的途径。

不过,在产生燃烧电浆的过程中仍然有能量被浪费掉。NIF的目标之一,是促进和维持核聚变反应以产生能量;实现电浆燃烧是有待克服的障碍之一。要实现核聚变能源的商业化,对惯性局限核聚变的进一步研究势在必行;Livermore研究人员表示,实现燃烧电浆能有助于科学家对整个过程有更充分的了解。

本文同步刊登于《电子工程专辑》杂志20223月号

责编:Judith Cheng

(参考原文:Livermore Reports Burning Plasma for Fusion Energy,By Maurizio Di Paolo Emilio)

 

责编:Amy.wu
本文为EET电子工程专辑原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 小编, "核融合"听起来怪怪的, 是"核聚变"叭?
  • Q1全球新能源车销量突破200万辆,特斯拉市占率20.5%稳居 2022年第一季新能源汽车(包含纯电动车、插电混合式电动车、燃料电池车)销售总量为200.4万辆,年成长80%。其中纯电动车(BEV)的成长力道最强,销量高达150.8万辆;插电混合式电动车(PHEV)则为49.3万辆。纯电动车品牌方面,比亚迪以14.3万辆排名第二,市占率9.5%......
  • 2021年全球十大功率半导体厂商:日企占半壁江山,安世半导 全球功率半导体市场如同过去的十几年一样,依旧被起步较早的美日欧厂商把控。德国英飞凌牢牢占据第一名的位置,前十大企业榜单中还有一半为日本企业,分别是三菱电机(第4)、富士电机(第5)、东芝(第6)、瑞萨(第9)、ROHM(第10),五家企业的营收在过去三年内大体保持在榜单总营收的32%~33%左右。
  • 10座城市争夺特斯拉中国“二厂”,马斯克还是选择了上海 今年 1 月,特斯拉首席执行官马斯克曾公开表示,“今年将为全球第五座超级工厂选址”,可能会在年底公布相关消息,人们就推测这一座超级工厂“很大概率还是会落地中国”。此前,中国已有沈阳、广州、深圳、青岛、宜宾、重庆、合肥、武汉、西安等九座城市,与特斯拉中国第二座工厂计划传出“绯闻”。
  • 新起点,新征程,DCDC炼成之路 随着新能源汽车、5G通信、工业4.0以及人工智能的快速发展,电源管理芯片的应用场景越来越丰富。DCDC是电源管理芯片中的一种提供直流电源的芯片,广泛应用于各种电子产品中,是名副其实的电子产品心脏......
  • 利用聚变能源高效发电,商用核聚变能源技术获突破 英国业者利用超导磁铁的高效能运作完成低温电子电力技术测试,展现了两倍于以往系统的效率,大幅度地降低了冷却HTS磁铁所需的电力,可望降低未来核聚变发电厂的成本...
  • 电动汽车的终极动力是太阳能吗? 您对太阳能车的可行性有何看法?为什么只考虑透过电网或太阳能/水力/地热系统充电的电动车呢?何不干脆将太阳能电池直接置于车顶,可能就不需要连接到任何系统?它毕竟属于个人、可携带,也是从永无止尽的免费来源取得之终极能源类型…
  • 新款iPad Pro 2021成最受欢迎的 由于采用性能相对强大的M1处理器和mini-LED屏幕以及更多的创新,新款iPad Pro 2021已经成为消费者心目中最受欢迎。然而,iPad 2却已经在全球范围内被列入“复古和过时”的名单中。
  • 三星折叠屏手机Galaxy Z Fold 3 目前来看,折叠屏新机作为一种新的生产力工具,逐渐成为高端/平板的一种趋势,有报料称三星的Galaxy Z Fold 3发布时间或为7月,并且会引入新手势操控。
  • 基于架构创新,后摩智能点亮业内首款 5月23日,后摩智能宣布,其自主研发的业内首款存算一体大算力AI芯片成功点亮,并成功跑通智能驾驶算法模型。
  • Nexperia和KYOCERA AVX Componen 将成熟的GaN技术与创新型封装专业知识相结合
  • 继承和组合,究竟我要选哪个? [每日一题]栏目第二题,如图:问题1:想让每个类对象都有一个唯一的ID,有什么优雅的设计?首先,肯定要设计一个管理对象ID的类,即:struct Object { int64_t GetId()
  • 想全面了解第三代半导体,听这节课就够了!(完全免费) 随着新能源汽车、5G通信、轨道交通、光伏储能等产业的高速发展,以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体作为关键核心材料,成为市场聚焦的新赛道,不仅半导体企业持续发力完善第三代半导体产业布局,华为、比亚迪、
  • 放大器电源知识点汇总!课代表带你划重点! 课代表笔记来啦——  放大器电源的那些事儿 Part.1  ——学霸笔记妙,学习更高效😏正值《放大器电源的那些事儿》第二部分上线ADI为大家带来课代表笔记助您更快掌握放大器电源知识!点击可查看 每部分
  • 磨合期那些痛苦的事... 换工作,最难度过的是与新单位,新领导,新同事的磨合期。一旦熬过了那个时期,获得领导和同事的认可,后面的日子就比较好过了。孙工刚来到这个单位没多久,正在经历这个时期。领导让他找个射频收发芯片。要求是:工
  • JDI准备量产世界上第一款无FMM蒸镀+光刻OLED技术,还可用于G8代以上产线 知识酷 👆显示技术 | 显示资讯 | 知识管理第1268篇推文近日,JDI宣布开发 eLEAP技术,这是世界上第一个使用无掩模蒸镀和光刻技术准备大规模生产的OLED技术。eLEAP 是一种显示技术的突
  • 明天直播:AMDFPGA应用--AI计算加速如何继续提升效率【报名倒计时】 5月24日(下周二)上午 10:00 ,来自 AMD公司的AI,Compute 系统架构师 王宏强先生将在线为您详细介绍在 AI Benchmark 的测试中能达到90%以上的计算效率的 AI 芯片,
  • 重磅!0.2nm路线图来了!详细讲解技术实现! EETOP编译自tomshardware世界上最先进的半导体研究机构 Imec 最近在比利时安特卫普举行的未来峰会上分享了其亚1nm和晶体管路线图。该路线图让我们大致了解了到 2036 年Imec将在
  • 入群邀请! 大家好,欢迎加入我们!感知芯视界是专注于传感及智能技术垂直领域产业观察的媒体平台,旨在为行业人士源源不断的输送优质内容。应全国各地传感行业朋友的建议,我们建立了 传感器及应用技术的大型交流社群,为传感
  • 20220523买芯片找老王 芯片供应商骗局近期频频爆雷,假货、跑路、维权无门,两眼一抹黑怎么办?【超人投票】告诉你答案,火眼识别靠谱供应商。【超人投票】是芯片超人在2017年推出的,帮助市场上的朋友找到靠谱供应商的决策工具。5年
  • 具较高电流SIO通道的四通道IO-Link主控器,认识一下? IO-Link 是一项针对工业应用中智能传感器和执行器点对点三线式接口的通信标准。IO-Link 把这些器件的传统接口能力从简单的 NC/NO 开关接口 (标准 IO 或 SIO 模式) 扩展到双向智
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了