據(jù)了解,為了將原子強力地粉碎在一起,使它們?nèi)诤显谝黄鸩⑿纬尚碌脑?,你需要克服將兩個帶正電的原子核推開的強大排斥力。這就像在太空中向?qū)Ψ饺映鰪姶蟮拇盆F,希望將兩個北極撞在一起,而不是讓它們互相跳開。
太陽是通過將大量氫原子封裝到其核心過熱至數(shù)千萬度的等離子體中來實現(xiàn)這一點的。在這樣的溫度下,氫原子移動得如此之快,以至于它們相互碰撞并融合,釋放出使我們的星球變暖的能量。
大多數(shù)聚變反應(yīng)堆的設(shè)計都是為了復(fù)制這些條件,通過磁力將氫原子限制在等離子體中,然后使用陀螺儀和其他專用設(shè)備來創(chuàng)造小塊瘋狂的溫度——超過1 億攝氏度。在其中,科學(xué)家希望原子核之間有足夠的隨機碰撞來產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這是數(shù)十億美元的恒星和托卡馬克項目的基本思想,這些項目幾十年來主導(dǎo)了聚變研究。
HB11 采用了不同的方法- 更接近斯諾克球。它不需要大量的熱量或氚等棘手的放射性燃料;相反,它利用了超高功率“啁啾脈沖放大”激光器的最新進(jìn)展,可以產(chǎn)生超過10 PB 的巨大功率水平。
HB11反應(yīng)堆將是一個大部分為空心的金屬球,中間夾有一個“大尺寸”的硼燃料芯塊,在兩個位置上有用于一對激光器的孔。一個激光器將用于為等離子體創(chuàng)建磁約束場,而另外兩個激光器將用于通過硼樣品大規(guī)模加速氫原子。因此,您不必將物體加熱并期望它們以高速撞擊在一起,而是實際上將氫指向硼,并使用這些出血激光使其運行得如此之快,以至于如果它擊中原子核,就會發(fā)生熔斷。
氫硼聚變不產(chǎn)生熱量;它只是產(chǎn)生“裸”氦原子或粒子,它們?nèi)狈﹄娮?,因此帶正電?HB11 計劃簡單地收集這些電荷來產(chǎn)生能量,而不是需要過熱蒸汽并驅(qū)動有損耗的渦輪機。此外,不會產(chǎn)生核廢料。
激光觸發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的初步實驗返回的反應(yīng)速率比預(yù)期高出十億倍,這使得HB11 在2020 年表示,它很有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他團隊,實現(xiàn)凈能量增益的目標(biāo)。
HB11 總經(jīng)理Warren Mckenzie 博士當(dāng)時對媒體表示:“因為我們并不試圖將燃料加熱到不可能的高溫,所以我們回避了半個多世紀(jì)以來阻礙聚變能發(fā)展的所有科學(xué)挑戰(zhàn)?!?。 “這意味著我們的開發(fā)路線圖將比任何其他融合方法更快、更便宜?!?
現(xiàn)在,新信息進(jìn)一步增強了這一想法的學(xué)術(shù)可信度。這項研究由HB11 首席科學(xué)家Dimitri Batani 和合作者Daniele Margarone 領(lǐng)導(dǎo),并由捷克共和國教育、青年和體育部以及歐盟EUROfision 財團資助,這項新技術(shù)已在大阪大學(xué)激光工程研究所進(jìn)行了演示。
這項研究的報告已發(fā)表在同行評審期刊《Applied Sciences》 上。
據(jù)了解,實驗中使用的設(shè)備包括短脈沖、高能、拍瓦級激光器,其“相對論強度”調(diào)諧至約3 x 1019W/cm2。它聚焦在0.2 毫米厚的氮化硼片的表面上。湯普森拋物面光譜儀被放置在范圍的低端,以測量由平行電場和磁場偏轉(zhuǎn)的質(zhì)子/離子等離子體發(fā)射并記錄在成像板上。核跟蹤探測器用于計算核聚變產(chǎn)生的阿爾法粒子的數(shù)量。
該研究的報告指出:“這項工作中提出的結(jié)果提供了第一個原則性的實驗演示,證明使用PW 級激光器和‘目標(biāo)內(nèi)’幾何形狀從p-B 核聚變中高效產(chǎn)生 粒子。測得的 粒子通量約為1010/sr ,因此這比之前使用相同激光參數(shù)但在“投手”幾何結(jié)構(gòu)中獲得的結(jié)果高出一個數(shù)量級,這一成果與過去15年報道的p-B核聚變的實驗進(jìn)展一致,也證實了優(yōu)勢。使用直接照射方案來觸發(fā)p-B聚變反應(yīng)——至少在粒子通量方面。”
研究人員“粗略”估計通過聚變產(chǎn)生了大約1.4 x 1011 個阿爾法粒子,并指出由于診斷限制,這是一個“顯著低估”。他們指出,該過程的整體轉(zhuǎn)換效率(激光到 粒子能量)仍然很低,約為0.005%,但他們表示,結(jié)果為潛在機制提供了定性支持,并為進(jìn)一步研究提供了多種途徑。
麥肯齊在一份新聞稿中說:“光是聚變反應(yīng)的演示就令人非常興奮?!?“但最重要的是,出乎意料的大量反應(yīng)也讓我們深入了解如何優(yōu)化我們的技術(shù)?!边M(jìn)一步增加我們可以產(chǎn)生的聚變能量的重要信息?!?
新聞中寫道:“HB11 Energy的研究表明,其激光催化的氫硼能源技術(shù)目前距離實現(xiàn)凈能量增長還有四個數(shù)量級。這比任何其他聚變公司報道的要高出許多數(shù)量級。盡管在該領(lǐng)域投資了數(shù)十億美元,但大多數(shù)都沒有產(chǎn)生任何反應(yīng)。結(jié)果顯示了清潔能源發(fā)電的巨大潛力:氫硼反應(yīng)中使用的燃料安全且豐富,因為它不是在初級反應(yīng)中產(chǎn)生的。中子因此產(chǎn)生的短期廢物可以忽略不計,還可以為基本負(fù)荷電網(wǎng)電力或氫氣發(fā)電提供大規(guī)模電力。”
新聞稿繼續(xù)說道:“由于HB11 Energy 是迄今為止唯一一家實現(xiàn)核聚變的商業(yè)實體,因此它現(xiàn)在是清潔能源圣杯商業(yè)化競賽中的全球領(lǐng)導(dǎo)者?!?
此外,該公司還利用這個機會敦促澳大利亞政府提供更多的本地支持和設(shè)備,特別是呼吁投資拍瓦級激光設(shè)施。