日?qǐng)?bào)報(bào)道核聚變發(fā)電邁向?qū)嵶C性測(cè)試
來(lái)源：參考消息網(wǎng) 時(shí)間：2024-08-30 17:05
據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》8月25日?qǐng)?bào)道，日本大阪大學(xué)激光科學(xué)研究所力爭(zhēng)在2035年前后就使用激光的核聚變發(fā)電展開(kāi)實(shí)證性測(cè)試。據(jù)說(shuō)他們將開(kāi)發(fā)1秒鐘內(nèi)能照射100次的激光，并通過(guò)將多臺(tái)激光設(shè)備組合的方式提高功率。研究人員寄希望于與在激光核聚變領(lǐng)域領(lǐng)先的美國(guó)研究所合作實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
核聚變技術(shù)是通過(guò)氫的重同位素氘與氚的反應(yīng)釋放大量能量來(lái)發(fā)電。一克這種燃料能夠產(chǎn)生相當(dāng)于8噸石油的能量。日本、美國(guó)和歐洲之間的國(guó)際合作正在推動(dòng)托卡馬克裝置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備取得進(jìn)展，這是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)可控核聚變的裝置。
大阪大學(xué)研究的激光方式是通過(guò)激光的力量將燃料壓縮、加熱，促使其產(chǎn)生核聚變。與托卡馬克裝置相比，占地面積更小，也更容易調(diào)節(jié)功率大小。但使用這種裝置發(fā)電需要以1秒內(nèi)10次的頻率實(shí)現(xiàn)極高功率的激光連續(xù)照射，因此仍面臨一定的技術(shù)門檻。
大阪大學(xué)激光科學(xué)研究所在短時(shí)間內(nèi)使用激光連續(xù)照射領(lǐng)域擁有全球頂尖技術(shù)。該機(jī)構(gòu)研發(fā)的可在1秒鐘內(nèi)照射100次的“SENJU”激光設(shè)備已經(jīng)在2024年投入商用。通過(guò)每秒100次的照射長(zhǎng)時(shí)間對(duì)目標(biāo)物施加相當(dāng)于1000萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)常壓下無(wú)法發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于材料開(kāi)發(fā)也很有幫助。
大阪大學(xué)激光科學(xué)研究所所長(zhǎng)兒玉了祐表示：“并列150臺(tái)這樣的激光設(shè)備就可以達(dá)到引起核聚變的功率。這是我們?cè)?025年以后要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，力爭(zhēng)在本世紀(jì)30年代建設(shè)用于發(fā)電實(shí)證性測(cè)試的廠房。”
這一階段的發(fā)電量將遠(yuǎn)小于投入的能源。隨著提高核聚變產(chǎn)生的能量、改良電力提取技術(shù)，力爭(zhēng)到本世紀(jì)40年代實(shí)現(xiàn)發(fā)電量高于能源投入量的目標(biāo)。
大阪大學(xué)激光科學(xué)研究所成立于1972年，作為激光工程學(xué)研究機(jī)構(gòu)，至今已經(jīng)研制出包括激光12號(hào)在內(nèi)的高功率激光發(fā)射裝置。
美國(guó)在激光核聚變領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。2022年，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了“能源凈增長(zhǎng)”，即產(chǎn)出超過(guò)能源投入。兒玉認(rèn)為，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究成果得益于“通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)不斷重復(fù)實(shí)驗(yàn)尋找最佳條件”。另一方面，高功率激光需要時(shí)間冷卻，因此很難在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)照射。
大阪大學(xué)與勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室簽署了在核聚變等領(lǐng)域合作開(kāi)展學(xué)術(shù)研究的備忘錄。兒玉強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“高功率激光實(shí)驗(yàn)和實(shí)際燃燒時(shí)的數(shù)據(jù)只有美國(guó)掌握，希望通過(guò)合作讓激光核聚變發(fā)電成為現(xiàn)實(shí)?！?/p>
即便成功發(fā)電，預(yù)計(jì)也要到2050年前后才能投入實(shí)際應(yīng)用。兒玉表示：“維持穩(wěn)定輸出和緊急時(shí)刻停機(jī)的能力都離不開(kāi)系統(tǒng)電源，這方面還存在需要跨越的門檻?？赡苄枰暌陨系姆€(wěn)定運(yùn)行成績(jī)才能投入商用?！?/p>
激光技術(shù)在核聚變發(fā)電之外也廣受期待。其中一個(gè)用途就是用來(lái)清理太空垃圾。據(jù)說(shuō)，將激光與追蹤太空垃圾的技術(shù)和修正大氣波動(dòng)的技術(shù)相結(jié)合，有望從地面實(shí)現(xiàn)清理太空垃圾。
通過(guò)提高激光功率有望將施加到材料上的壓強(qiáng)提高至1億個(gè)大氣壓。由于目前還不存在以人工方式施加1億個(gè)大氣壓的研究手段，這將是一個(gè)史無(wú)前例的水平。此外，激光還有望應(yīng)用于可重現(xiàn)太空物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)科學(xué)研究。（劉林）
責(zé)任編輯：江蓬新
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