重磅！美國宣布重大突破，“里程碑式的成就”！核聚變將將掀一場能源新革命
加入技術交流群
當地時間13日，美國能源部官員宣布，由美國政府資助的加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），首次成功在核聚變反應中實現“凈能量增益”，即聚變反應產生的能量大于促發(fā)該反應的鐳射能量。
據悉，實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產生的能量比投入的能量多50%以上。
美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆在一份聲明中稱，這一突破是一項“里程碑式的成就”。這項成果預計將可能幫助人類在實現零碳排放能源的進程中邁出關鍵一步。
此外，加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室主任表示，如果想將這一成果商業(yè)化，核聚變技術仍有“重大障礙”需要克服，可能還需要幾十年的努力和投資。
（央視新聞客戶端）
經歷了50多年的掙扎與失敗后，核聚變技術終于朝著成為全球最新一種能源來源邁出了決定性的一步。
美國能源部周二宣布，其加州實驗室的科學家們史上首次成功地使核聚變反應堆所生成的能量超過了所消耗的能量。這一歷史性的突破帶來了希望：有朝一日——或許幾十年后——全球經濟將可依賴為太陽和恒星提供動力的同一種核聚變反映所產生的無碳電力。
“核聚變突破將會載入史冊，”美國能源部長Jennifer Granholm在新聞發(fā)布會上表示。
科學家們將192束激光匯聚在一個胡椒大小的燃料芯塊上，來觸發(fā)該反應。溫度超過了300萬攝氏度。
“這是令人難以置信的工程奇跡，”Granholm說。
對于一項失敗了近半個世紀的技術而言，這是一個了不起的時刻。當前，全球10大經濟體和數十個小國的領導人承諾向清潔能源轉型。但人類為實現凈零排放目標面臨重重困難，核聚變可能無法起到幫助，大部分專家認為至少還需要幾十年的進一步研發(fā)。這意味著，就在全球面臨嚴重能源供應短缺、溫室氣體繼續(xù)攀升之際，此項歷史性的突破很可能無法即刻幫助人類取代傳統(tǒng)的化石燃料。
中國科學院院士薛其坤解讀：未來30年顛覆性的信息技術就是
量子計算、量子網絡太陽能使用和人造太陽
3月20日，在舉行的中國發(fā)展高層論壇2021經濟峰會上，與南方科技大學校長、中國科學院院士薛其坤與特斯拉CEO伊隆·馬斯克進行《下一個顛覆性創(chuàng)新？》對話時稱：
未來30年顛覆性的信息技術就是量子計算和量子網絡，如果我們有了通用的量子計算機將非常有前景。因為太陽系每時每刻都在發(fā)生巨變，每秒五六萬噸煤的水平，這是巨大的能量，這些太陽能造就了地球上的萬物，造就了我們地球上的化石能源。
“馬斯克提供了部分答案，就是利用電能，這是解決問題的辦法之一，但如果想顛覆性地解決問題，基于光電效應的太陽能高效利用與可持續(xù)循環(huán)?！毖υ菏恐赋觥?/span>
薛其坤院士呼吁，全球的科學家、工程師、企業(yè)家應該聯(lián)合起來，實現可控核聚變。通過30到50年甚至100年的科技創(chuàng)新，在化石能源被消耗殆盡之前，完成這一使命，保障人類社會的可持續(xù)發(fā)展。
其實，薛其坤在多個場所里提到了“人類社會可能的終極性顛覆技術”，他認為，量子計算機和量子網絡，具有運算速度快、消耗能量極低、安全系數超高等特點，將成為未來30年顛覆性的信息技術之一。而在能源方面，人類終將實現聚變能源技術，通過“人造太陽”，獲得無限、清潔、安全、廉價，可以保障人類社會持續(xù)發(fā)展的終極能源技術。>>馬斯克對話薛其坤：人腦“帶寬”不夠用了，需要加持！特斯拉正考慮辦一所大學（附實錄）
>>中國科學家終極性預測！谷歌和IBM這項研發(fā)人員已超美國所有大學總和！
>>2021年互聯(lián)網10大思想家發(fā)布！疫情后，終極性顛覆技術來了，還有三個激動人心的新趨勢！
核聚變技術取得“歷史性突破”！
核聚變發(fā)電，距離現實還有多遠？
還有哪些挑戰(zhàn)？
當地時間12月13日，美國能源部宣布，美國科研人員在研究核聚變能源方面取得重大突破。據路透社援引消息人士稱，位于加利福尼亞州的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科研人員在一次使用激光的核聚變實驗中，首次實現了凈能量增益。
自1958年科學家向世界公布核聚變研究以來，人類孜孜不倦地希望通過在地球上復制核聚變的過程，來獲得幾乎無限的清潔、安全和廉價的能源。而在此之前，科學家遲遲未能攻克第一道攔路虎：如何讓核聚變產出的能量大于觸發(fā)反應所投入的能量。
因此，在美國能源部證實美國科學家已經實現了核聚變產出大于投入的“凈能量增益”后，立刻引發(fā)了科學界的轟動。在世界正面臨化石能源導致的氣候危機之下，坊間更有樂觀的議論認為，一勞永逸地解決能源問題已經出現曙光。據美國能源部，實驗產生的能量比投入的能量多50%以上。
科學家指出，此次實現的凈能量增益是數十年來最重要的科學成果之一，是對核聚變原理的概念驗證，但人類離用上核聚變能還有很長的路要走，能量增益的規(guī)模還需要大幅提高才能考慮轉化為電力的事情。
英國核聚變公司First Light Fusion創(chuàng)始人Nick Hawker在采訪中對《每日經濟新聞》記者表示，這次實驗結果對各國的能源轉型政策短期內并無影響，核聚變并不是解決氣候變化的靈丹妙****，但可以在未來的清潔能源結構中，扮演維持基本負載電力的重要角色。
當地時間12月13日，美國能源部官員宣布，由美國政府資助的加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室，首次成功在核聚變反應中實現了凈能量增益。據悉，實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產生的能量比投入的能量多50%以上。
“這是過去二三十年來最大的科學成果之一，” 貝爾法斯特女王大學研究激光和等離子物理學的Gianluca Sarri表示。
要理解這項成就的重要性，就得知道實現增益的難度。據國際原子能機構，核聚變是兩個輕原子核結合成一個較重的原子核并釋放出巨大能量的過程，這一過程發(fā)生在一種叫作等離子體的物質狀態(tài)中。在地球上，人類需要超過1億攝氏度的溫度和強大的壓力，才能促成氘（重氫）和氚（超重氫）的混合物發(fā)生核聚變，而且還需要將等離子體和聚變反應保持足夠長的時間，才能獲得凈能量增益。
圖片來源：國際原子能機構
LLNL實驗室采用了一種名為慣性約束聚變的路徑。在發(fā)布會上，美國國家核安全局官員Marv Adams用簡單的語言解釋了該實驗室“國家點火設施”的實驗過程：規(guī)模相當于三個足球場的192個激光器組合，從兩端向一個圓柱體****激光束，將能量注入，而圓柱體中一個僅有半個氣槍BB彈大小的靶丸受到擠壓，球內的氘氚聚變燃料被“點燃”，產生出能量。整個聚變過程發(fā)生速度極快，比光運動一英尺（2.54厘米）的時間還快。
國家點火設施實驗過程 圖片來源：美國能源部
國家點火設施此前已經多次重復了這一過程，最好的成績是產出和投入能量比為70%，仍然是凈能量損失。這一次的不同之處在于，聚變燃料的超高溫、能量密度和維持的時間都達到了臨界標準，最終達成了點燃的效果，產生出了更多的能量。
“這一結果是慣性約束聚變作為發(fā)電技術的分水嶺時刻。長期以來，（激光沖擊的）目標產生能量增益就是衡量成功的標準，它意味著核心的物理學原理已經被攻克，”英國核聚變公司First Light Fusion創(chuàng)始人Nick Hawker對《每日經濟新聞》記者表示，“從這一結果到發(fā)電的物理學路徑是非常清楚的，而且風險大大降低了。”
核聚變作為能源來源的優(yōu)點十分突出。首先是極大的能量密度。據國際原子機構，核聚變產生的能量是核裂變（目前使用的核電技術）的四倍，理論上，只需要幾克氘氚反應物，就有可能產生一萬億焦耳的能量，這大約是發(fā)達國家的一個人在60年內所需要的能量。其次，和核裂變一樣，核聚變不會向大氣中排放二氧化碳或其他溫室氣體。
First Light Fusion的首席財務官David Byron對《每日經濟新聞》記者表示，作為能源生產方式，核聚變擁有核裂變的所有優(yōu)點，同時又能避免后者的很多缺點。
“核聚變不會存在核反應堆融毀的情況，從本質上來說就很安全。簡單來說，核裂變反應堆的功能是控制能量釋放的速度，避免其失控；核聚變則相反，它需要創(chuàng)造聚變發(fā)生的條件，假如停止投入聚變燃料，或者沒有合適的高溫條件，聚變反應自己就停止了，”David Byron解釋道。
此外，核聚變過程中不會出現制造武器級別的材料。對于很多沒有核武器的國家而言，由于核裂變技術的出口管制，他們無法發(fā)展核能，但核聚變就不存在這個問題。核聚變也不會產生長時間的放射性核廢料，不需要花幾代人來清理?！耙虼撕司圩兗夹g有望幫助更多國家擺脫貧困，” David Byron補充道。
如果人類有一天能大規(guī)模應用核聚變作為能源，無疑意味著地球能源結構翻天覆地的重構。此次核聚變實現凈能量增益，讓我們離這一天還有多遠呢？科學界認為，要用上核聚變能，需要經歷實驗室點火和燃燒、聚變發(fā)電演示和商用發(fā)電三個階段，目前我們還處于第一階段，而且還有很多挑戰(zhàn)尚未解決。
“在協(xié)同的努力和投資之下，對底層技術再進行數十年的研究，我們或許可以開始建造（核聚變）發(fā)電廠，” LLNL實驗室的主任Kim Budil在發(fā)布會上預測，“還存在很多科學和技術上的重大挑戰(zhàn)。這次只是一次性點燃一個靶丸，要實現商用聚變能，需要達成每分鐘非常非常多次的聚變點燃，而且還需要強大的驅動系統(tǒng)才能實現。”
牛津大學物理學教授、LLNL實驗室核聚變項目的咨詢專家Justin Wark對科學傳播組織SMC表示，LLNL實驗室理論上可以每天重復一次類似的點燃成果，但核聚變電廠需要的是每秒鐘十次。
另一方面，凈增益能量也需要大幅提高。劍橋大學核能講師Tony Roulstone對SMC表示，根據《金融時報》當時報道的數據，實驗室為產生激光而投入了500兆焦的能源，最終輸送到靶丸上的能源才1.8兆焦，雖然最后實現了凈能量增益（2.5兆焦），但從整個過程來看，實際上產出只占投入的0.5%。從工程學的角度而言，最終需要產出的能量為投入激光組能量的兩倍才算達到目標，因為從聚變熱能轉化為電力的過程中還會產生能量損失。
“因此可以說，國家點火設施的實驗結果是一項科學上的成功，但離提供可用的、充足的清潔能源還有很長一段路要走，” Tony Roulstone表示。
假如核聚變還需要數十年才能投入應用，那么它對于應對迫在眉睫的氣候變化可能無法發(fā)揮重要作用。
科學倡導組織憂思科學家聯(lián)盟（Union of Concerned Scientists）的核能安全主管Ed Lyman對政治新聞網Politico表示：“不是說要貶低他們的成就，但還是得謹慎看待。（核聚變）對于實現脫碳而言晚得不是一點點。我們需要在接下來的一二十年努力脫碳，而就算根據最樂觀的預估，核聚變能也要2040年代才能出現。”
First Light Fusion毫無疑問屬于樂觀派。首席財務官David Byron對《每日經濟新聞》記者表示，公司預計在2030年代早期到中期，就可以修建并入電網的核聚變電站試點項目，也就是說還有十年的時間。
這一時間節(jié)點也是很多核聚變產業(yè)人士的預測，不過核聚變的布局時間線并不可靠。早在2012年，國家點火設施的主管曾預測十年內聚變技術就能達到商業(yè)可行性，但現在這個時間點已經差不多過去了。
First Light Fusion創(chuàng)始人Nick Hawker對每經記者坦承，對于能源領域而言，本次實驗結果不會產生直接的影響，必須繼續(xù)投入風能、太陽能等可再生能源?！斑@不是解決氣候變化的靈丹妙****，但是我們需要清潔的基本負載電力，這是核聚變發(fā)揮作用的地方，” Nick Hawker表示。
David Byron補充解釋說，我們需要盡可能多的風能和太陽能，但由于選址和土地使用等因素限制，可再生能源無法完全滿足人類的需求。此外，受自然條件影響，可再生能源還有間歇性的問題，因此人類需要能24小時持續(xù)滿足電網系統(tǒng)最低電力需求（基本負載電力）的發(fā)電廠，這就是核能（包括裂變和聚變）發(fā)揮作用的地方。由于核聚變安全性更好，監(jiān)管批準的負擔比核裂變發(fā)電廠要小很多，因此未來將發(fā)揮重要作用。
（來源：每日經濟新聞）
人類核聚變取得突破性進展：什么是核聚變？為什么如此重要？
北京時間12月14日上午消息，據報道，當地時間周二，美國能源部（DOE）宣布，研究人員在核聚變方面取得歷史性的突破，首次從一個實驗性核聚變反應堆中實現了“凈能量增益”，這讓許多人對未來生成更多的清潔能源充滿了希望。
這一突破是由美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）“國家點火裝置”（NIF）研究人員在12月5日取得的。對許多人來說，核聚變可能是一個新概念，但自20世紀40年代以來，科學家們就一直在研究它。但是，研究人員卻面臨著一個嚴峻的挑戰(zhàn)：如何生產出更多的能量（高于所消耗的能量），這幾乎是一個不可逾越的挑戰(zhàn)，直至今日。
這一次，研究人員向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，最終產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，即產生的能量較輸入的能量高出50%多。這也是研究人員首次在實驗中取得有意義的能量增長。
什么是核聚變呢？
核聚變就是兩種較輕的元素結合在一起，形成較重的元素的過程。這與太陽提供能量的方式相同，即氫原子的質子在核心以令人難以置信的高溫猛烈碰撞，融合在一起產生氦原子。
在地球上，核聚變是通過融合元素氘（重氫）和氚（超重氫）來實現的。氘的含量非常豐富，可以在水中找到，尤其是海洋中。而氚的含量較低，主要存在于我們的大氣中，是宇宙輻射的結果。此外，氚也可以在核爆炸中產生，是核反應堆的副產品。
太陽的巨大引力使它能夠聚變氫原子，但要在地球上創(chuàng)造聚變，科學家需要施加大約1億攝氏度的極高壓力和溫度，即比太陽核心溫度高10倍。
雖然有不同的方法來嘗試產生核聚變，但勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）“國家點火裝置”（NIF）的研究人員使用了192束激光，聚焦在一個圓柱體的內壁上，該圓柱體內有一個非常小的“膠囊”裝置，里面裝著聚變燃料：氘和氚。當激光射向目標時，它們會產生X射線，然后擠壓燃料，在極短的時間內蒸發(fā)“膠囊”裝置，所產生的沖擊波會粉碎氫原子，使它們融合并釋放能量。
雖然此次產生的能量很小，大約3兆焦耳（足夠給一個燈泡供電），但它標志著核聚變能源的歷史性首次，因為激光只****了略高于2兆焦耳的能量，即產生的能量，較輸入的能量高出50%多。
它與現有核能有什么不同？
談及核能，許多人可能會想到我們今天擁有的核反應堆。但不同的是，這些反應堆使用的是“核裂變”。
裂變與聚變正好相反，聚變迫使原子聚集在一起，而核反應堆（裂變）通過分離重原子來產生能量。
核聚變還能產生清潔能源。與核反應堆不同，這一過程不會產生副產品，如核電廠中發(fā)現的乏燃料棒（spent rod）。
另外，與裂變不同，核聚變不會發(fā)生核熔毀現象，也不能用來制造核武器。
國際原子能機構（IAEA）還解釋說，雖然氫彈確實使用聚變反應，但需要第二顆裂變炸彈來引爆它。
為什么說核聚變很重要？
當前，地球正面臨著幾個世紀以來燃燒化石燃料造成的氣候危機。其結果是，洪水、干旱、海平面上升等現象將會加劇。我們已經看到這種情況正在發(fā)生，地球變得越暖，這些災難就會變得越嚴重。
如今，地球已經變暖了大約1.2攝氏度。根據2015年《巴黎氣候協(xié)議》設定的目標，我們要在本世紀末將其控制在1.5攝氏度以內，這樣才能使與氣候相關的災難減少。因此，科學家和工程師一直在努力開發(fā)具有成本效益的清潔能源。
這就是核聚變的用武之地。它不會產生有害的二氧化碳或甲烷，而且效率很高。根據國際原子能機構（IAEA）的說法，聚變每公斤燃料產生的能量是裂變的四倍，是燃燒石油或煤炭的近400萬倍。
美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆（Jennifer Granholm）周二在一份聲明中表示：“這是一項里程碑式的成就，讓我們更接近于擁有豐富的零碳聚變能源，從而幫助人們解決人類最復雜和最緊迫的一些問題，包括提供清潔能源來應對氣候變化?！?/span>
何時才能用聚變作為能源呢？
雖然這是歷史性的第一次，但這并不意味著我們已經準備好大規(guī)模生產能源。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）負責人金·布迪爾（Kim Budil）稱，這一成就是人類有史以來解決的最重大的科學挑戰(zhàn)之一。但是，到目前為止，無論是在科學上，還是技術方面，都存在著不小的障礙。
布迪爾說：“這只是一次實驗成果，要實現商業(yè)聚變能源，必須要持續(xù)產生這樣的結果，必須要有一個強大的驅動系統(tǒng)來實現這一點?！?。她還補充說，盡管不需要一些科學家之前預期的那么長的時間，但至少需要幾十年的時間才能開發(fā)出足夠的基礎技術來建造一座核聚變電站。
除了美國，還有其他一些國家在研究核聚變。在法國，有一個多方合作的國際熱核實驗反應堆（ITER），這是一個重2.3萬噸、高近30米的大型核聚變反應堆，計劃在大約10年后開始運營。
在加拿大，General Fusion等私營公司也在研究相關技術。此外，中國、英國和德國的一些民營企業(yè)在致力于聚變方面的研究。
（內容來源：新浪科技）
*博客內容為網友個人發(fā)布，僅代表博主個人觀點，如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。
