美国科学家在核融合方面取得了突破。这意味着什么？

Fusion是一种核反应，结合了两个原子，以产生一个或多个总质量略有较少的新原子。质量差异作为能量释放，如爱因斯坦的著名方程式，E = MC2，其中能量等于质量乘以光速度的速度。

由于光速是巨大的，因此仅将少量的质量转化为能量（例如融合中发生的事情）会产生类似的能量。

美国政府的研究人员国家点火设施在加利福尼亚，首次证明了这一点融合点火。点火是当融合反应产生的能量要比外部来源的反应中产生更多的能量并变得自我维持。

国家点火设施使用的技术涉及在A上拍摄192个激光器0.04英寸（1毫米）燃料颗粒由氘和trium制成 - 将元素的两个版本带有额外的中子 - 放在金罐中。

当激光器击中罐时，它们会产生X射线，使燃料颗粒加热并将燃料颗粒压缩到铅密度约20倍，达到500万华氏度（300万摄氏度）（300万摄氏度），比表面高约100倍。太阳。

如果您可以在足够长的时间内维持这些条件，那就燃料将融合并释放能量。

在实验过程中，燃料和罐在数十亿秒的时间内蒸发。然后，研究人员希望他们的设备能够在热量中幸存下来，并准确测量融合反应释放的能量。

为了评估融合实验的成功，物理学家着眼于从融合过程中释放的能量与激光内的能量量之间的比率。这个比率是称为增益。

超过1增益的任何东西都意味着融合过程释放的能量比激光器传递的能量更多。

2022年12月5日，国家点火设施用200万焦耳的激光能量射出了一支燃料 - 大约要运行吹风机所需的功率15分钟 - 全部包含在数十亿秒的时间内。

这引发了融合反应释放300万焦耳。这是大约1.5的收益，粉碎了先前的收益记录该设施在2021年8月实现的0.7。

融合能源一直是能源生产的“圣杯”将近半个世纪。我认为，虽然1.5的收益是一个真正历史性的科学突破，但在Fusion成为可行的能源之前，还有很长的路要走。

虽然200万焦耳的激光能量低于300万焦耳的融合产量，但该设施接近3亿焦耳生产激光器在此实验中使用。该结果表明，Fusion点火是可能的，但是要提高效率到融合可以在考虑整个端到端系统时可以提供净正能回报的程度，而不仅仅是一个，而不仅仅是一个，而不仅仅是一个，则需要大量工作激光与燃料之间的单一相互作用。

科学家数十年来一直在稳步改善以产生这一结果，并且进一步的工作可以使这一过程更加有效。

首先，激光只是发明于1960年。当美国政府2009年完成了国家点火设施的建设，它是世界上最强大的激光设施，能够交付100万焦耳的能量到目标。

今天生产的200万焦耳的精力比地球上下一个最强大的激光。更强大的激光和生产这些强大激光的能源密集型方法可以大大提高系统的整体效率。

融合条件是维持非常具有挑战性和任何胶囊或燃料中的小瑕疵可以增加能源需求并降低效率。科学家取得了很大的进步更有效地将能量从激光转移到罐和从罐到燃料胶囊的X射线辐射，但目前仅10％至30％将总激光能量转移到燃料中。

最后，虽然燃料的一部分（氘）自然是海水丰富，trium稀有得多。融合本身实际上会产生氚，因此研究人员希望开发直接收获这种tri虫的方法。

同时，有可生产所需燃料的其他方法。

在Fusion为您的房屋产生电力之前，需要克服这些和其他科学，技术和工程障碍。还需要完成工作，以使融合发电厂的成本与35亿美元的国家点火设施。这些步骤将需要联邦政府和私营企业的大量投资。

值得注意的是，围绕融合的全球竞赛，世界上许多其他实验室追求不同的技术。但是，随着国家点火设施的新结果，世界首次看到了证据表明融合梦是可以实现的。

卡罗琳·库兰兹（Carolyn Kuranz）是密歇根大学核工程副教授实验性等离子体物理学家。她获得了国家核安全管理局和劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的资金。她在劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的审查委员会任职，并且是融合能源科学咨询委员会的成员。

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