激光聚變反應堆可自給自足瞬間製造出燃料芯塊
隨著如何使激光核聚變反應堆實用化的問題日益突出,羅切斯特大學激光能學實驗室(LLE)的科學家們已經想出了一種方法,使核聚變激光器能夠從根本上製造自己的燃料顆粒。
2022年12月,位於加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置的科學家們取得了六十年來從未有過的突破性進展,一個實驗反應堆使用192束高能激光聚焦於一點,擊中了氘和氚的燃料顆粒,並首次引發了慣性聚變點火反應。
雖然這就像科學家和工程師們”砰”地一聲開了香檳酒瓶塞,但實際的核聚變動力反應堆仍遙遙無期。然而,這並不妨礙由LLE資深科學家Igor Igumenshchev和LLE理論部主任Valeri Goncharov領導的羅切斯特團隊研究如何將激光核聚變帶出實驗室、帶入現實世界的後勤問題。
最大的障礙之一是如何製造反應堆運行所需的燃料顆粒。目前,這種燃料芯塊的製造過程複雜而昂貴,需要使用液氦將氘和氚(氫的放射性同位素)冷凍到僅比絕對零度高11開爾文的溫度,然後將它們層層疊放形成燃料芯塊。
這對於不需要擔心平衡賬目的實驗室實驗來說也許沒什麼問題,但一個正常運行的核聚變反應堆每天需要大約一百萬個這樣的燃料顆粒。因此,羅切斯特團隊正在開發一種2020年首次提出的想法,以創造一種技術,使反應堆中的激光器在內爆和點火前的激光爆炸中產生自己的燃料片。
科學家們沒有使用固體顆粒,而是將氘和氚注入泡沫膠囊中。巧妙之處在於,當激光陣列射向膠囊時,光束會使膠囊塌縮成一個球體,其密度與氘氚液體燃料相同,然後發生內爆。
目前,該工藝只是利用LLE公司的OMEGA激光器進行的縮減概念驗證。然而,該團隊聲稱,未來具有更長和更高能量脈衝的激光器能夠將新膠囊點燃。
Igumenshchev說:”將這一目標概念與LLE目前正在開發的高效激光系統相結合,將為聚變能源提供一條極具吸引力的途徑。”
這項研究發表在《物理評論快報》上。