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原文:Prabir Purkayastha @ 新闻点击.in
劳伦斯利弗莫尔实验室在使用激光实现聚变能方面取得的进步在全球范围内取得了巨大成功。 那么成功到底是什么? 这 联合新闻稿 美国能源部和国家核安全局表示,这项实验“将为推进核安全铺平道路 国防 和 清洁能源的未来”。 换句话说,有一个 武器组件 到聚变实验。 国防部 是 战争部。
沙皇炸弹 (Tsar Bomba) 是有史以来威力最大的核武器,它的威力如此之大,甚至在它们第三次绕地球飞行时也能产生可测量的地震冲击。
原子科学家公报 芝加哥大学教授、阿贡国家实验室前任主任理查德·罗斯纳 (Richard Rosner) 教授解释说,该实验的主要目的是在不进行实际爆炸的情况下测试核武器库存的健康状况。 受控聚变实验是激光系统的真实测试。 它表明可以使用激光点燃氢(在这个实验中,氢同位素氘和氚的混合物)以产生比提供的激光多一点的能量——因此,净增益。 但是,如果我们考虑到 生产所需的能量 192 束激光,唉,实验离净收益还很远。 使用激光生产可行的聚变能的可能性是 至少几十年后。 这就好比说我们不知道聚变能的生产何时或是否可行。
但是,正如新闻稿所说,为什么需要这个实验来取得进步 国防?
《全面禁止核试验条约》最初被认为是实现全面裁军的中间步骤。 最初,复杂设备(热核核弹头)的维护是通过更换其他拆解炸弹的故障部件来完成的。 如果所有拆卸的炸弹部件都保留在库存中,或者制造一些部件,即使成本很高,仍有可能继续这条道路。 但问题仍然存在:裂变材料本身的健康状况如何? 它会保持稳定和可用多长时间?
美国政府拥有的国家核安全局 (NNSA) 的“库存管理”计划的任务是在不进行物理测试的情况下确保炸弹的“健康”。 刚刚在劳伦斯利弗莫尔实验室进行的测试确保了核材料仍然有效:从储存的炸弹中取出一些样本,使用它建造的复杂的 192 激光系统点燃它们,看看输出是否符合预期。 如果是,库存仍然是“健康”的氢弹。 不需要任何物理测试,美国军械库的“皇冠上的宝石”——这是科林·鲍威尔的说法——仍然像以前一样强大! 它还确保处理此类复杂测试的人员真正知道他们在做什么。
NNSA 资助在劳伦斯利弗莫尔实验室从事激光项目的团队。 这个和洛斯阿拉莫斯实验室是美国最大的两个武器研究实验室。 换句话说,劳伦斯利弗莫尔实验的资金来自 NNSA 的管理计划,该计划负责监督美国维护的核弹库存的健康状况。
老化的核武器库存让美国付出了多少代价? 丹尼尔格罗斯告诉我们 维护——存储、保护和维护——每年需要大约 200 亿美元,几乎是美国国家科学基金会预算的三倍。
除了检查氢弹库存的健康状况的主要目的外,劳伦斯利弗莫尔激光实验在聚变能方面是否有重大的副产品? 事实上,过去曾发生过几次军转民。 那么,为什么这不预示着可能存在大量聚变能源,从而预示着摆脱化石燃料和温室气体排放导致的全球变暖呢? 简单的时间问题在这里至关重要。 如果我们在未来 10 到 20 年内不大幅减排,减少温室气体排放的窗口将关闭,以便将温度上升限制在 2 摄氏度以内。 我们不再有时间的奢侈。 因此,未来至少二十年发生的任何事情都将不再与限制全球变暖相关。
因此,让我们忘记与全球变暖有关的聚变能。 但聚变能成为电网能源吗? 如果不能阻止或减缓全球变暖,它能成为一种长期、丰富的能源吗?
撇开简单的答案——我们已经在使用聚变能,因为太阳能来自太阳的聚变——是的,它是一个可能的来源。 但是接下来我们必须解决另外两个问题。 一个是科学技术问题:我们使用什么过程来产生比我们必须消耗的能量更多的能量输出? 第二,实现这一目标将使我们付出什么代价? 总是,技术专家会问第二个问题,’好吧,它有效,但成本是多少? 它是否更便宜或至少与其他技术具有可比性?
科学部分很容易回答。 正如理查德罗斯纳教授所说 一个采访 与 原子科学家公报,我们很久以前就解决了这个问题。 氢弹使用裂变装置——微型原子弹——作为触发器,在触发器周围的氢包层中引起聚变,引发核聚变。 引用罗斯纳的话说,“所以我们很早就知道如何聚变氢并释放能量——1952 年,我们爆炸了第一个热核装置,其爆炸主要是氢聚变的结果。 所以我们很早就知道如何做到这一点。” 劳伦斯利弗莫尔实验室在受控条件下取得了同样的成就。
但这甚至是受控聚变的第一个实例吗? 不,其他设施也已经实现了它,在所谓的托卡马克装置中使用氢的电磁压缩。 在少数情况下,融合持续的时间更长。 Lawrence Livermore 实验的新内容是输出的能量多于激光的输入——因此出现“净增益”。 但是,生产 192 颗激光炸弹所需的能量会压缩一个含有氘和氚混合物的微型胶囊,所需要的能量大约是激光供应给胶囊的能量的一百倍。
忽略发射激光所涉及的能量问题。 考虑一下我们需要扩大规模才能使激光发射氢成为可行的能源。 答案相当令人沮丧。 再次引用 Rosner 的例子,我们需要每秒发射 10 次这样的激光束,每天发射一百万个颗粒/胶囊,然后我们才能说这个过程是可行的。 这是在考虑过程成本以及它是否在经济上可行之前。
有没有比激光束更好的替代方法来产生聚变能? 在托卡马克装置中,由氢同位素混合物组成的燃料被电磁力压缩,从而导致聚变。 这已在各种机构中进行了尝试。 目前,被称为EAST的中国实验似乎处于领先地位,紧随其后的是欧洲托卡马克JET。 印度作为合作伙伴的国际项目 ITER Tokamak 计划于 2025 年投产。但它计划仅在 2035 年之前使用氘和氚产生十倍于输入的持续聚变能量输出。不过,它将不发电,因为这是一项众所周知的技术,没有新的研究组成部分。
为什么我们发现产生聚变能如此具有挑战性,而包括我们的太阳在内的恒星却如此容易做到这一点? 答案是太阳巨大的引力压缩氢比我们更容易。 地球上的问题是在没有这种重力的情况下压缩氢同位素。 这就是为什么我们需要激光或电磁力来做引力对恒星很容易做的事情。 其次,我们现在需要化石能源的替代品。 因为我有 以前写的,挑战在于将太阳能等可再生能源产生的能源储存在电网上,并转向大众公共交通,以实现我们迫切需要的能源转型。 它并没有解决在地球上创造迷你太阳这一更为困难的问题。
关于 Prabir Purkayastha
Prabir Purkayastha 是数字媒体平台 Newsclick.in 的创始编辑。 他是科学和自由软件运动的积极分子。
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