《环看天下》：核聚变实验有突破　商用发电前路仍漫长

《环看天下》：核聚变实验有突破商用发电前路仍漫长美国能源部宣布，科研人员在研究核聚变作为能源方面，取得重大突破，在一次实验中首次实现「净能量增益」，即是核聚变产出的能量，多于触发核聚变反应所投入的能量。核聚变是为太阳等恒星提供能量的过程，传媒以「人工太阳」形容今次实验。根据国际原子能机构，核聚变产生的能量是目前核电厂所使用核分裂技术的4倍，同样不会向大气排放温室气体，作为能源来源，优势非常明显，因此今次实验结果在科学界引发轰动回响。有科学家指出，今次实现「净能量增益」虽然是数十年来最重要的科研成果之一，但人类距离采用核聚变，前路仍然漫长，能量增益规模需要大幅提高，才能考虑转化为电力的事。2022-12-1509:07:46

核聚变时代到来？美国科学家重现了“核聚变点火”突破

核聚变时代到来？美国科学家重现了“核聚变点火”突破劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究设施劳伦斯利弗莫尔国家实验室发言人表示，今年7月30日，该实验室的科学家在国家点火装置(NIF)进行的一次实验中重现了核聚变点火突破，产生了比去年12月实验更高的能量输出。该发言人补充说，最终结果仍在分析中。“自2022年12月在国家点火装置首次证明核聚变点火以来，我们一直在继续进行实验，以研究这个令人兴奋的新科学领域。在7月30日进行的实验中，我们在国家点火装置重现了核聚变点火，”劳伦斯利弗莫尔国家实验室表示，“按照我们的标准做法，我们计划在即将召开的科学会议和经过同行评议的出版物上报告这些结果。”两位知情人士称，7月份实验的初步数据显示，此次核聚变实验产生的能量输出大于3.5兆焦耳。这些能量大约足以为一台家用熨斗提供一个小时的动力。去年12月5日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室在一次激光核聚变实验中实现了净能量增益。当时，科学家们将一束激光聚焦在一个燃料目标上，将两个轻原子融合成一个密度更高的原子，从而释放出能量。美国能源部称，该实验短暂实现了所谓的核聚变点火，激光将2.05兆焦耳能量传递给目标后，产生了3.15兆焦耳的能量输出。换句话说，核聚变产生的能量比用来驱动该实验的激光能量还要多。美国能源部当时称，这是“经过数十年努力取得的重大科学突破，将为国防和清洁能源的未来发展铺平道路”。科学家们在大约一个世纪前就知道核聚变为太阳提供能量，几十年来他们一直在地球上研究核聚变。如果企业能在未来几十年将这项技术扩大到商用水平，这样的突破有朝一日可能有助于遏制气候变化。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375345.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375345.htm

日本大型核聚变实验装置开始运行

日本大型核聚变实验装置开始运行日本和欧盟共同建设、位于日本茨城县那珂市的大型核聚变实验装置12月1日开始运行，向实现“人造太阳”又迈进了一步。日本量子科学技术研究开发机构那珂研究所1日下午举行了大型核聚变实验装置JT-60SA开始运行的纪念仪式。日本文部科学大臣盛山正仁、欧盟委员会负责能源事务的委员卡德丽・西姆松等日欧双方相关人士出席仪式。随着中央控制室内的按钮被按下，数秒钟后装置内就产生了超高温等离子体。（新华社）

核聚变发电研究迎来"聚变点火"的历史性突破

核聚变发电研究迎来"聚变点火"的历史性突破核聚变发生时，原子相互碰撞，"融合"产生一个更重的原子，并在此过程中释放能量。在太阳和其他恒星中，氢原子核融合在一起产生氦，并产生大量的能量。为了在地球上实现核聚变，人类必须将原子加热到极高的温度-至少数百万摄氏度，这就是为什么要达到净能量增益是如此艰巨。在这种情况下，国家实验室使用了192道强大的激光束来击中一个只有一颗胡椒大小的氢同位素固体目标。他们产生了3.15兆焦耳的能量，比激光器用来触发反应的2.05兆焦耳多了大约50%。通过这样做达到科学的能量平衡，因此研究人员可以被认为实现了所谓的"聚变点火"。利用核聚变释放的能量可能是革命性的--可以为人们提供丰富的能源，而没有温室气体排放或持久的放射性废物的讨厌的副作用。然而，要做到这一点，取决于能否克服巨大的工程障碍。经过几十年的实验，今天的宣布代表了对这些技术障碍之一的一个小但重要的胜利。但是，在核聚变能够实现任何清洁能源的梦想之前，仍然有很长很长的路要走。自20世纪50年代以来，美国政府一直在资助聚变能源研究。在全世界范围内，这种追求已经获得了数百亿美元的资金。到去年年底，英国的欧洲联合火炬（JET）的科学家们已经从核聚变中产生了创纪录的59兆焦耳的能量。最大的问题是，直到现在，实验室中的核聚变还不能产生比首先发生反应所需的更多能量。这是一个关键的里程碑，但仍有一些重要的注意事项需要注意。一个关键点是，能源部将这一胜利仅仅建立在激光器输出的基础上，而激光器的效率相当低。从电网中获得这两兆焦耳的激光能量需要300兆焦耳的能量。因此，今天的宣布取决于对"净能源增益"的有限定义。激光并不是实现核聚变的唯一途径。其他的努力，包括JET，涉及一个被称为托卡马克的磁性装置来限制和加热等离子体。无论采用何种方法，我们可能要在几十年后才能在发电厂以这种方式产生能量。它将需要更多的资金和渐进式的胜利来达到这一目标，今天的宣布就是其中之一。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335173.htm

科学家在突破性实验中展示了有效的聚变“火花塞”

科学家在突破性实验中展示了有效的聚变“火花塞”罗切斯特大学激光能效实验室在进行直接驱动惯性聚变实验时从欧米茄靶室内部看到的景象。科学家们向装有氘和氚燃料的小胶囊发射了28千焦耳的激光能量，使胶囊发生内爆，产生足够热的等离子体，从而引发燃料核之间的聚变反应。内爆中心的温度高达1亿摄氏度（1.8亿华氏度）。内爆的速度通常为每秒500到600公里（每小时110到135万英里）。内核的压力是大气压力的800亿倍。图片来源：罗切斯特大学激光能学实验室/尤金-科瓦卢克（EugeneKowaluk）摄在《自然-物理》（NaturePhysics）杂志刊登的两篇研究报告中，该团队分享了他们的研究成果，并详细介绍了这些方法的扩展潜力，目的是在未来的设施中成功实现核聚变。LLE是美国能源部最大的大学项目，拥有OMEGA激光系统，该系统是世界上最大的学术激光器，但其能量几乎只有加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置(NIF)的百分之一。利用OMEGA，罗切斯特的科学家们完成了数次成功尝试，向装满氘和氚燃料的小胶囊发射28千焦耳的激光能量，使胶囊发生内爆并产生足够热的等离子体，从而引发燃料核之间的聚变反应。实验引起的聚变反应产生的能量超过了中央热等离子体中的能量。OMEGA实验采用激光直接照射胶囊的方式，不同于在NIF上使用的间接驱动方式。在使用间接驱动方法时，激光会转化为X射线，进而驱动太空舱内爆。NIF使用间接驱动法，利用约2000千焦耳的激光能量用X射线辐照胶囊。这使得NIF在实现聚变点火方面取得了2022年的突破--聚变反应可从目标产生净能量增益。成就与未来展望第一篇论文的第一作者康纳-威廉姆斯（ConnorWilliams）23岁获得物理学和天文学博士学位，现在是桑迪亚国家实验室从事辐射和集成电路框架目标设计的科学家。他说："这是以后想完成任何事情的必要条件，比如燃烧等离子体或实现点火。"罗切斯特研究小组展示了他们仅用28千焦耳的激光能量就能达到如此水平的内爆性能，他们对将直接驱动方法应用于能量更大的激光器的前景感到兴奋。展示火花塞是重要的一步，但是OMEGA太小，无法压缩足够的燃料来实现点火。"如果能最终制造出火花塞并压缩燃料，那么与间接驱动相比，直接驱动具有许多有利于聚变能源的特性，在将OMEGA的结果放大到几兆焦的激光能量后，聚变反应预计会变得自我维持，这种情况被称为'燃烧等离子体。"21岁的VarchasGopalaswamy博士（机械工程）说，他是LLE的科学家，领导了第二项研究，探索在兆焦耳级激光器上使用直接驱动方法的影响，类似于NIF的大小。戈帕拉斯瓦米说，直接驱动集成电路框架是实现激光核聚变中热核点火和净能量的一种很有前途的方法。LLE首席科学家、机械工程系和物理与天文学系罗伯特-L-麦克罗里（RobertL.McCrory）教授里卡多-贝蒂（RiccardoBetti）说："最近这些实验取得成功的一个主要因素是开发了一种基于统计预测并通过机器学习算法验证的新型内爆设计方法。这些预测模型让我们能够在进行有价值的实验之前，缩小有希望的候选设计的范围。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422129.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422129.htm

乌克兰研究人员参与取得聚变发电成果 微波加热等离子体迎来突破性进展

乌克兰研究人员参与取得聚变发电成果微波加热等离子体迎来突破性进展HeliotronJ装置的结构。资料来源：京都大学/HeliotronJ小组质体必须保持在正确的密度、温度和时间，才能发生核聚变。包括马克斯-普朗克等离子体物理研究所在内的研究团队已经确定了等离子体生产的三个关键步骤，并利用HeliotronJ设备研究核聚变等离子体放电。他们发现，在不对准磁场的情况下施加2.45GHz微波会产生密集的等离子体，这有可能简化未来的聚变研究。主要作者YuriiVictorovichKovtun，尽管在目前的俄乌战争中被迫撤离哈尔科夫物理技术研究所，但仍继续与京都大学合作，利用微波创造稳定的等离子体。让等离子体恰到好处是利用核聚变所承诺的大量能量的障碍之一。等离子体--离子和电子的汤--必须保持适当的密度、温度和时间，使原子核融合在一起，以达到预期的能量释放。一种配方涉及使用大型的、带有强大磁铁的甜甜圈形状的装置，这些磁铁包含等离子体，同时仔细排列的微波发生器加热原子混合物。物理学聚变能量波的概念聚变能源是一个迷人的、有前途的研究领域，它试图利用为太阳提供动力的相同过程来生产清洁、丰富和几乎无限的能源。现在，京都大学先进能源研究所与哈尔科夫研究所和马克斯-普朗克等离子体物理研究所合作，利用低频率的微波功率，创造出具有聚变适宜密度的等离子体。研究小组已经确定了等离子体生产的三个重要步骤：闪电般的气体分解、初步等离子体生产和稳态等离子体。这项研究正在使用HeliotronJ进行，这是位于京都大学南部宇治校区的先进能源研究所的实验性聚变等离子体设备的最新迭代。小组负责人长崎和信解释说："最初，我们没有想到在HeliotronJ中会出现这些现象，但惊讶地发现等离子体的形成没有回旋共振。"在几十年的经验基础上，长崎的团队正在探索HeliotronJ中的聚变等离子体放电现象。该小组将2.45GHz的微波功率的强烈爆发注入进料气体。家庭中的微波炉在这个相同的频率下工作，但HeliotronJ的功率大约是10倍，而且集中在几个气体原子上。"出乎意料的是，我们发现在没有对准HeliotronJ的磁场的情况下爆破微波会产生一种放电，将电子从其原子上撕下来，并产生一种特别密集的等离子体，"长崎惊叹道。"我们非常感谢我们的同事能够继续支持这项研究，关于这种利用微波放电产生等离子体的方法的发现可能会简化未来的聚变研究。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352969.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352969.htm