<p>美國(guó)能源部周四報(bào)告稱，位于加州的勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室上周實(shí)現(xiàn)了核聚變，并獲得了凈能量收益。也就是說，通過將192個(gè)巨型激光聚焦在一小塊凍結(jié)的氘和氚上，該實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施產(chǎn)生了一個(gè)產(chǎn)生比它所使用的更多能量的反應(yīng)，這個(gè)閾值被稱為&ldquo;點(diǎn)火&rdquo;。這一期待已久的結(jié)果是核聚變領(lǐng)域的重大突破，對(duì)可再生能源產(chǎn)生了令人興奮的影響，盡管仍很遙遠(yuǎn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>我們請(qǐng)化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)和物理學(xué)教授亞當(dāng)&middot;e&middot;科恩(Adam E. Cohen)解釋發(fā)生了什么，以及為什么這很重要。為了清晰和長(zhǎng)度，采訪經(jīng)過了編輯。</p> <p>&nbsp;</p> <p>常見問題</p> <p><br />亞當(dāng)&middot;e&middot;科恩</p> <p><br />憲報(bào):什么是聚變?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:核聚變是輕原子核相互碰撞形成重原子核的過程。當(dāng)原子核結(jié)合時(shí)，這個(gè)過程可以釋放出巨大的能量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>憲報(bào):聽起來(lái)科學(xué)家所做的是把兩種氫同位素撞在一起，形成氦，氦的質(zhì)量略小。但這是如何產(chǎn)生能量的呢?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:一個(gè)多世紀(jì)前，愛因斯坦用他著名的公式e = mc2告訴我們，你可以把質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。所以氫同位素融合在一起的一小部分質(zhì)量變成了能量，從這個(gè)反應(yīng)中產(chǎn)生。</p> <p>&nbsp;</p> <p>憲報(bào):為什么它不保持質(zhì)量呢?為什么沒有多余的質(zhì)量四處亂飛呢?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:質(zhì)量是離散的，如果你把氦的質(zhì)量和在這個(gè)過程中飛出來(lái)的中子的質(zhì)量加起來(lái)，就會(huì)有一點(diǎn)不同。另一種思考方式是氦有兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，這些質(zhì)子和中子相互束縛。它們緊緊地粘在一起。當(dāng)氫同位素融合形成氦核時(shí)，它們相互粘在一起，釋放出大量的能量。它們相互吸引，就像磁鐵的北極和南極相互吸引一樣。當(dāng)它們相互撞擊時(shí)，會(huì)釋放出大量能量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>憲報(bào):太陽(yáng)就是這樣工作的嗎?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:這與太陽(yáng)下的反應(yīng)略有不同，但這也是一種聚變反應(yīng)。它是太陽(yáng)的基礎(chǔ)，也是熱核武器&mdash;&mdash;氫彈的基礎(chǔ)。我們希望能讓這種反應(yīng)在可控的范圍內(nèi)發(fā)生，從而對(duì)人類有用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這張照片釋放的能量約為3兆焦耳。3兆焦耳的能量相當(dāng)于你吃一個(gè)果凍甜甜圈所獲得的能量。&rdquo;</p> <p><br />憲報(bào):這種實(shí)驗(yàn)沒有危險(xiǎn)嗎?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:實(shí)驗(yàn)本身并不危險(xiǎn)。與核裂變不同，核聚變很難實(shí)現(xiàn)。如果你把足夠多的放射性物質(zhì)聚集在一個(gè)地方，它就會(huì)自發(fā)地發(fā)生裂變，你就會(huì)得到失控的反應(yīng)。核聚變很難進(jìn)行:氫同位素的原子核是帶正電荷的，而我們知道同性電荷會(huì)相互排斥。所以很難讓這些原子核靠得足夠近，吸引相互作用可以接管，它們實(shí)際上可以進(jìn)行這個(gè)反應(yīng)。你必須在高壓下非常非常用力地?cái)D壓它們，讓它們?cè)诟邷叵驴焖僖苿?dòng)，這樣才有可能開始聚變。如果你拿走驅(qū)動(dòng)器，如果你拿走激光，一切都停止了。</p> <p>&nbsp;</p> <p>另一方面，從聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子可以與它們擊中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生低水平的殘余放射性。它不是一種完全清潔的技術(shù)。產(chǎn)生了一些放射性廢料。</p> <p>&nbsp;</p> <p>憲報(bào):但這仍然是一個(gè)壓倒性的積極發(fā)展，對(duì)嗎?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:很不錯(cuò)。這是一項(xiàng)驚人的物理學(xué)成果，它表明，作為一個(gè)團(tuán)體，我們對(duì)核聚變物理學(xué)的理解已經(jīng)足夠先進(jìn)，我們可以在國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施的控制條件下預(yù)測(cè)并實(shí)現(xiàn)這些反應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>希望這將在某種程度上與地球上的人類能源供應(yīng)有關(guān)，這仍然是一個(gè)很長(zhǎng)的路要走。國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施的主要目的實(shí)際上并不是可再生能源;它是關(guān)于庫(kù)存管理的。這是關(guān)于我們?nèi)绾尉S護(hù)和跟蹤我們的氫彈庫(kù)。鑒于我們不再測(cè)試它們，我們必須確保它們是安全的，并且我們了解它們是如何工作的。所以這個(gè)設(shè)施的主要目的是模擬那些炸彈的情況并了解那里的物理情況。</p> <p>&nbsp;</p> <p>憲報(bào):我們的研究是否接近應(yīng)用?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:簡(jiǎn)短的回答是否定的。它目前的實(shí)現(xiàn)是不可伸縮的。為了給你們一個(gè)規(guī)模上的感覺，在這個(gè)鏡頭中釋放的能量大約是3兆焦耳。3兆焦耳的能量相當(dāng)于你吃一個(gè)果凍甜甜圈所獲得的能量，大約500千卡。500千卡的熱量很多，但這是一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的設(shè)施每八小時(shí)就能發(fā)射一次這樣的子彈。就實(shí)際生產(chǎn)有用數(shù)量的能源的吞吐量而言，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于你所需要的水平。</p> <p>&nbsp;</p> <p>憲報(bào):這是科學(xué)家第一次從聚變反應(yīng)中產(chǎn)生凈能量增益，也就是&ldquo;點(diǎn)火&rdquo;，對(duì)嗎?</p> <p>&nbsp;</p> <p>科恩:人們談?wù)撨@個(gè)反應(yīng)如何第一次產(chǎn)生了比它消耗的更多的能量。但這實(shí)際上取決于你如何計(jì)算。這有點(diǎn)像把水從一只手傳遞到另一只手&mdash;&mdash;在這個(gè)過程中的每一步，你都會(huì)失去一點(diǎn)。在這種情況下，反應(yīng)釋放的能量比壓縮和加熱膠囊的光中的光子更多。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但是如果你看一下用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光產(chǎn)生光的電能，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了反應(yīng)中釋放的能量，如果你想象一下試圖建造一個(gè)真正的發(fā)電廠，那么你就必須利用反應(yīng)中釋放的熱量和中子，用它們來(lái)制造蒸汽，用蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。在這個(gè)過程中你也會(huì)有損失。</p> <p>&nbsp;</p> <p>所以當(dāng)你觀察整個(gè)系統(tǒng)而不是反應(yīng)的局部時(shí)你需要將反應(yīng)的輸出增加幾百倍才能使它實(shí)際上是正的。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>