美國國家點火設施在鐳射核融合上取得重大突破

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Laser beam fusion
Laser beam fusion

自從 2012 年大致建成後,已經有約十年的時間悄無聲息的美國國家點火設施(National Ignition Facility, NIF),終於在前幾天取得了重大的突破,達成了 70% 的輸出比,是之前最佳成績的 8 倍左右。這意味著突然之間 NIF 進行的核融合試驗,由輸出能量不足輸入的 10%,一下跳增到接近持平,而且還有再進步的空間。

NIF 是個隸屬於美國勞倫斯利佛摩國家實驗室底下的實驗性核融合反應爐。和正在法國興建中的國際熱核融合實驗反應爐(ITER)採用的是磁約束電漿來引發融合不同,NIF 使用的是另一種完全不同的技術,將 192 支鐳射由四面八方同步轟擊一個僅有數厘米大小的「燃料圓柱」,這個轟擊的力道足以引發中心燃料球內的「氘-氚」燃料電漿化,並且進行核融合,產生能量。

驅動 NIF 的這套巨型鐳射系統一次要 190 萬焦耳(1.9MJ)的龐大能量,但 NIF 早年的實驗中,僅能由燃料球中產出約 1,000 焦耳的能量,完全入不敷出。隨後的數年當中,NIF 的科學家們針對鐳射的同步性、引爆時的物理模型、及改善燃料球表面的均勻度等多種不同的面向著手,逐步增加到去年的 10 萬焦耳,並且在今年初再次提升到了 17 萬焦耳。之後的大突破在 8 月 8 日時來到,其中一次的試驗竟然產生了 135 萬焦耳的能量,達到了輸入的 190 萬的 71%。

由於 NIF 每次試驗都會微調多個參數,究竟是哪幾個參數的調整達成了如此飛越式的進展,還要進一步實驗才能確認。但有了一次 71% 的試驗之後,科學家相信一旦找出了讓輸出暴升的因素,並進行針對性的最佳化,還有機會能繼續提高輸出能量,最終達到眾所矚目的終極目標 —— 讓生成的能力大於輸入的能量,也就是說整套系統能產生多餘的能量來供使用了。

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