最新訊息，美國首次有實驗室使用雷射束、金剛石和**實現三重重複點火。迄今為止，美國的研究人員已經產生了四次短暫的聚變能源爆發，這是使這種零碳能源成為現實的令人鼓舞的跡象。
勞倫斯利弗莫爾國家點火公司的技術人員正在調整前置放大器支撐結構內的光學元件。 達公尺安·賈公尺森·勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室。
科學家首次成功地進行了核聚變的重複點火，這是大規模實現近乎無限清潔能源的又乙個重要里程碑。
去年12月，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的乙個團隊實現了聚變點火，首次從聚變反應中產生了淨能量增益。
這一壯舉被物理學家譽為“歷史性時刻”。 現在，勞倫斯國家實驗室的科學家們又重複了三次實驗。
該實驗室使用國家點火設施 （NIF） 向懸浮在金圓柱體金剛石膠囊中的冷凍同位素顆粒發射 192 束雷射束。
由此產生的反應複製了與太陽內部相同的自然過程，並導致創紀錄的89%的能量增加。 根據科學雜誌《自然》的報道，這僅夠煮沸乙個水壺的能量，但擴大這一概念驗證可能預示著能源的“新時代”。
我感覺很好，“勞倫斯國家實驗室慣性約束聚變科學專案負責人理察·唐告訴該雜誌，”我認為我們都應該為這一成就感到自豪。 ”
本月早些時候，核聚變被列入聯合國氣候變化大會（COP28）的議程，各國**同意加快開發該技術的努力。
我們越來越接近核聚變驅動的現實。 與此同時，科學和工程面臨重大挑戰，“美國氣候特使約翰·克里在杜拜峰會上說，”仔細思考和深思熟慮的政策對於解決這個問題至關重要。 ”
根據聚變產業協會的資料，中國、日本、俄羅斯和歐盟也在核聚變研究方面投入了大量資金，迄今已投資超過60億美元。
投資該技術的公司之一是美國科技巨頭Microsoft，該公司今年早些時候宣布了世界上第乙份購買協議。
但是，這些實驗對科學和新能源的夢想究竟意味著什麼，這種新能源可以為我們的家庭和汽車提供動力，而不會排放任何二氧化碳？
簡而言之，為NIF的成就鼓掌是可以的，但這並不意味著綠色能源革命即將到來。 核聚變發電的進展將需要數年時間才能取得成果——可能需要十年左右的時間——目前尚不清楚核聚變發電是否足夠便宜，足以從根本上改變我們的電網。 毫無疑問，今天繼續加大對太陽能和風能的投資對於應對氣候變化至關重要。
當兩種較輕的元素（例如氫或氦）合併為一種較重的元素時，就會發生聚變。 這種核反應釋放了大量的能量，正如太陽周圍最大的聚變爐所證明的那樣。
然而，核聚變在地球上更難發生，因為原子核帶正電，因此相互排斥。 太陽的巨大質量產生了巨大的壓力來克服這種排斥力，但在地球上，還需要其他力量。
將原子擠壓在一起並產生聚變的兩種常見方法稱為慣性和磁約束。 慣性約束通常使用雷射以強大的能量擊中射彈，觸發聚變燃料的壓縮。 這就是 NIF 的使用方式。
另一種方法是使用磁場。 這種現象在試圖將聚變能源商業化的公司中更為普遍。
2022 年 12 月，NIF 實驗越過了聚變的臨界閾值，聚變反應產生的能量（315 萬焦耳）超過了引發反應的雷射產生的能量205兆焦耳的能量。 然而，由於執行雷射器需要更多的能量，因此整個反應的效率非常低。
聚變研究人員使用字母 q 表示輸出能量與輸入能量的比值，2022 年 12 月的反應是聚變反應首次超過 q = 1。 今年 7 月 20 日、10 月 8 日和 10 月 30 日，NIF 再次成功，即 q 大於 1。 在 10 月 30 日的實驗中，使用了創紀錄的雷射功率，即 22兆焦耳，這種改進非常困難，因為雷射會破壞引導其光的光學裝置。
NIF運營主管Bruno van Wongerhem在乙份宣告中表示：“這一切都是為了控制損害。 如果沒有適當的保護，過多的能量和您的光學器件將被炸成碎片。 ”
在發電之前，聚變反應堆必須達到q = 10的閾值。 這是每個參與者的目標，包括另乙個由法國熱核實驗堆（ITER）資助的大型專案。 聚變反應堆必須比 NIF 更頻繁地達到 q = 10。
在某種程度上，這些都是幾十年來由核聚變實驗推動的學術里程碑。 但考慮到核聚變以無法實現這一目標而聞名。 這是乙個重要的證明，證明一切皆有可能。 在你重複那個經常被引用的尖刻陳述之前，請仔細考慮這樣乙個事實，即核聚變是未來的能源，而且永遠都是。
一方面，大多數商業聚變能源專案使用各種形式的磁約束，而不是NIF基於雷射的方法，因此工程挑戰的難度各不相同。
另一方面，NIF是乙個耗資35億美元的龐大國家實驗室專案，乙個研究核電的專案，而不是乙個旨在以最具競爭力的成本為電網生產可靠能源的專案。
普林斯頓大學（Princeton University）研究員威爾遜·里克斯（Wilson Ricks）在X（前身為Twitter）上發表的一篇文章中說：“不要指望未來的核聚變工廠會像NIF一樣。 “NIF的雷射器以及將聚變熱轉化為電能的效率極低，這意味著它們的設計本質上是不切實際的。 相比之下，“磁約束聚變有一些真正的希望，”Rix在Twitter上寫道。
降低核聚變的成本對其成功至關重要，因為它必須與零碳替代品競爭，例如今天的裂變核反應堆，它可以產生穩定的電力**，以及更便宜但間歇性的可再生能源，如風能和太陽能。
普林斯頓等離子體物理實驗室的研究人員在10月份發表的一項研究中得出結論：“核聚變的第乙個競爭對手是裂變。 “這評估了電網中核聚變的前景，尚未經過同行評審。 他們預計，如果核聚變的高成本能夠足夠低，它可以取代未來對裂變工廠的需求，如果進一步降低，它也可以與太陽能和儲能的結合競爭。
如果核聚變發電廠可以建造成更便宜、更小的裝置，更像工廠生產的裝置，那麼生產成本應該更低。 這要歸功於一種稱為賴特定律（經驗曲線或學習曲線）的現象，它穩步降低了太陽能和風能的成本。 聚變工廠越大、定製程度越高，成本降低就越小，聚變的競爭力就越低。
聚變行業協會（Fusion Industry Association）首席執行官安德魯·霍蘭德（Andrew Holland）表示，科學家可以通過更新聚變的物理模型來解釋聚變自身提供熱量而不是依賴外部熱量這一事實，從而從NIF實驗中受益。
這種關注也可能有所幫助，特別是考慮到長期以來對聚變能的懷疑。
TAE Technologies首席執行官Michl Binderbauer稱NIF結果為“邁向聚變時代曙光的巨大墊腳石”，並表示這是聚變能確實可能的乙個重要例子。
投資者也注意到了這一點。 霍蘭德表示，在NIF公布第乙份結果後，核聚變產業協會年度報告的數量增加了十倍，該報告詳細說明了對核聚變能源初創企業的48億美元風險投資。 他補充說，許多提出要求的人來自投資公司。
NIF使用192個強大的紅外雷射器來觸發核聚變，總能量水平為4兆焦耳，大致相當於一輛兩噸重的卡車以100英里/小時的速度行駛。 它首先被轉化為 2 兆焦耳的紫外線，然後被轉化為 X 射線，照射胡椒粒大小的聚變燃料顆粒。
強烈的X射線使粒子的外層**性**，壓縮粒子的內部並觸發融合。 聚變產生的熱量維持反應，直到燃料耗盡或變得不平衡和搖晃。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置有三個足球場那麼大。
絕對！下面我們來快速回顧一下。
地球上的一切都由微小的原子組成，每個原子都由乙個中心原子核和一團帶負電的電子組成。 原子核由中子和帶正電的質子組成。 原子核中的質子越多，元素就越重。
氫，通常有乙個質子和乙個電子。 一種叫做氘的不尋常品種也有中子，使用核反應堆或聚變反應堆，你可以用兩個中子製造第三種元素，稱為氚。
當這些正電荷和電荷導致原子相互作用時，就會發生化學反應，例如鐵生鏽或木材燃燒。 相反，當原子核**或結合時會發生核反應。 在地球上，動員核反應發生所需的力量更加困難，這就是為什麼製造蒸汽機比製造核彈更容易的原因。
當你把原子加熱到足夠高時，它們就會變得如此充滿能量，以至於電子被剝離了。 由此產生的帶負電的電子和帶正電的原子核雲被稱為等離子體，這是一種比我們在地球上室溫下習慣的固體、液體和氣體更奇特的物質狀態。
太陽是由等離子體構成的，聚變反應堆也需要它來使氫原子核以足夠的能量反彈。 等離子體的乙個方便特性是它們的帶電粒子可以被磁場操縱。 這對於許多聚變反應堆設計至關重要。
NIF和大多數其他核聚變專案使用兩種型別的重氫：氘和氚，稱為DT燃料。 但還有其他選擇，包括氫硼和氘氦-3，這是一種只有乙個中子而不是更常見的兩個中子的氦形式。
為了使氘和氚融合，等離子體需要加熱到大約 1 億攝氏度（18 億華氏度）。其他反應甚至更高，例如氫硼聚變，其溫度約為十億度。
氘可以從普通水中過濾出來，但氚很難獲得，幾年內就會放射性衰變。 它可以在核反應堆中製造，原則上可以在未來的聚變反應堆中製造。 然而，管理氚是複雜的，因為它被用來促進核***，因此需要嚴格控制。
氘-氚聚變反應產生快速移動的單個中子。 它們的動能可以被聚變反應堆室周圍的液體“毯子”捕獲，並在中子碰撞時加熱。
然後將熱量傳遞到沸水中，並由傳統的蒸汽輪機提供動力。 這項技術是眾所周知的，但還沒有人將其連線到聚變反應堆。 事實上，今天正在建造的第一代聚變動力反應堆被設計為超過q=1，但不是為了捕獲能量。 這將等待預計將在下一波開發中到達的試點工廠。
雙。 NIF由美國的核計畫資助。美國**的資金還資助了英國的歐羅巴聯盟和法國的國際熱核實驗反應堆，這兩個專案都更符合利用聚變能發電的目標。
但越來越多的聚變能源是由私人資助的。 根據聚變產業協會 2022 年初發布的年度報告，投資者共向聚變能源初創公司投入了 48 億美元，其中 28 億美元是在去年投資的。 其中大部分流向了從麻省理工學院分拆出來的初創公司Commonwealth Fusion Systems。 並在 2021 年的一輪融資中籌集了超過 18 億美元。
* 現在也幫助私營部門。 美國能源部於 2022 年 9 月宣布了一項里程碑式的計畫，為建設聚變能試驗工廠提供高達 5000 萬美元的資金。 核聚變的支持者拜登**在 2022 年 11 月表示聚變能源是到 2030 年將碳排放量減半和到 2050 年實現淨零排放的五種關鍵方法之一。
為當今核反應堆提供動力的裂變與核聚變相反。 在裂變中，鈾等重元素會變成較輕的元素並在此過程中釋放能量。
幾十年來，人類已經能夠使用熱核實現聚變**。 這些設計將鈾或鈽等材料粉碎在一起，引發裂變**，並提供啟動二次和更強大的聚變反應所需的巨大能量。
在炸彈中，這個過程在不到一秒鐘的時間內發生，但為了產生能量，必須控制和維持核聚變。
是的，一般來說，但它不像裂變反應堆那樣繁瑣。 一方面，大多數放射性發射器是短壽命的α粒子（具有一對質子和一對中子的氦核），很容易被阻擋。 快速移動的中子可以與其他物質碰撞並產生其他放射性物質。
聚變反應堆的中子輸出通常會降低元件的效能，需要定期更換，這可能需要每隔幾年持續數月的停機時間。 然而，它比裂變發電廠的高放射性核廢料更容易處理。
氫-硼聚變不如氘-氚聚變容易實現，但它的部分吸引力在於它不會產生任何中子和伴隨的放射性物質。 採用這種方法的最知名公司是 TAE Technologies。