背景下的核聚变突破

上个月，位于加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的国家点火装置 公布 核聚变研究取得重大突破。 从那以后，很多人问我这个突破到底意味着什么。

首先，让我们讨论一下核聚变的一些基础知识。 今天的核电站基于核裂变，即将铀 235 等重同位素分裂成两种较小的同位素。 （同位素只是元素的不同形式）。

简单来说，核裂变就像向同位素的中心发射一颗微小的子弹，使其变得不稳定并分裂。 当它分裂时，它会释放出巨大的能量（质量和能量与爱因斯坦著名的方程式 E = Mc 相关²). 然后可以将这种能量转化为电能。

然而，反对核裂变的主要理由之一是裂变的副产品具有高放射性，其中许多是长寿命的。 换句话说，除非妥善处理，否则它们会对生命构成威胁。 这些放射性副产品是一些人反对核电的原因。

核聚变是像我们太阳这样的恒星的能量来源，它是不同的。 通过聚变，您可以迫使较小的同位素聚集在一起形成较大的同位素。 通常这涉及结合氢的同位素——最小的元素——形成氦。 这种反应比裂变反应释放更多的能量，但更重要的是它不会产生任何长期的放射性副产品。 这就是为什么核聚变通常被称为能源生产的“圣杯”。

所以有什么问题？ 那些小的氢同位素对聚变具有很强的抵抗力。 迫使它们融合需要巨大的压力和高温（就像太阳中存在的那样）。 这与相对容易发生的核裂变截然不同。 因此，尽管核聚变可以在核武器中实现，但研究人员花了数十年时间试图创造一种可用于能源生产的受控聚变反应。

多年来，已经宣布了许多“突破”。 上个月宣布的是，科学家们第一次从聚变过程中获得的能量超过了他们必须投入的能量。以前实现聚变的努力需要比聚变反应产生的能量输入更多的能量输入。

因此，这确实标志着一个重大突破。 但我们离开发商用聚变反应堆还有多远？

这是我用来放在上下文中的类比。 在通往商业航空旅行的道路上有许多里程碑。 莱特兄弟于 1903 年 16 月进行了历史上第一次成功的动力飞行。距离第一次跨大西洋飞行还有 707 年。 但是，作为第一架广泛成功的商用客机，波音 1958 直到 XNUMX 年才问世。

流传已久的笑话一直是商业核聚变还有 30 年的时间。 实际上，这仅仅意味着我们仍然无法完全看到到达那里的完整路径。 最近的突破无疑是商业核聚变道路上的一个里程碑。 但我们可能还需要 30 年才能看到核聚变的商业实现。