2022年2月13日星期日

美國實現核融合研究 燃燒電漿狀態

核融合主要是模擬太陽能發生的反應,太陽核心約攝氏 2700 萬度,每秒將約 6.2 億噸氫融合成 6.16 億噸氦,把 400 萬噸物質轉化成能量,若要在地球上創造這種反應,需要大量能量來啟動這個過程。

美國勞倫斯利佛摩國家實驗室的國家點火設施(National Ignition FacilityNIF),以 192 部激光發射出 1.9 兆焦耳(MJ)紫外線能量,再照到小如滾珠軸承大小的環空器(Hohlraum)中,內爆其中的燃料膠囊,將原子融合成氦,並釋放出巨大能量,國家點火設施的核融合反應成功釋放出 1.35 MJ 焦耳能量,這是首次核融合過程所產生的能量超過總輸入能量。

過去幾十年,核融合實驗使用大量外部加熱系統,才能在高溫高壓下驅動核融合反應,今次首次讓核融合反應自己加熱,這就是所謂的自熱效應(Self-heating),核融合電漿可自行加熱,當自己供熱的能量大於外部能量時,就是進入燃燒電漿(Burning Plasma)狀態。

現在美國科學家們在國家點火設施邁出微小但關鍵的一步,在實驗中,科學家先微調裝置,包括擴大集中在燃料上的激光能量,同時改變目標的幾何形狀和激光束間的能量傳輸方式,以全新方式來控制壓縮和加熱燃料的內爆過程,創造出自熱電漿。

美國首次在核融合研究設施中達到燃燒電漿狀態,縱使電漿僅維持短短納秒級,要實現持續穩定核融合反應還需幾十年時間,但終於向點燃(Ignition)邁出重要一步,這轉瞬即逝的自熱電漿是一個重要的概念證明。

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