日報報道核聚變發(fā)電邁向實證性測試
來源：參考消息網 時間：2024-08-30 17:05
據《日本經濟新聞》8月25日報道，日本大阪大學激光科學研究所力爭在2035年前后就使用激光的核聚變發(fā)電展開實證性測試。據說他們將開發(fā)1秒鐘內能照射100次的激光，并通過將多臺激光設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域領先的美國研究所合作實現這一目標。
核聚變技術是通過氫的重同位素氘與氚的反應釋放大量能量來發(fā)電。一克這種燃料能夠產生相當于8噸石油的能量。日本、美國和歐洲之間的國際合作正在推動托卡馬克裝置的實驗設備取得進展，這是一種利用磁約束來實現可控核聚變的裝置。
大阪大學研究的激光方式是通過激光的力量將燃料壓縮、加熱，促使其產生核聚變。與托卡馬克裝置相比，占地面積更小，也更容易調節(jié)功率大小。但使用這種裝置發(fā)電需要以1秒內10次的頻率實現極高功率的激光連續(xù)照射，因此仍面臨一定的技術門檻。
大阪大學激光科學研究所在短時間內使用激光連續(xù)照射領域擁有全球頂尖技術。該機構研發(fā)的可在1秒鐘內照射100次的“SENJU”激光設備已經在2024年投入商用。通過每秒100次的照射長時間對目標物施加相當于1000萬個大氣壓的壓強，可以實現常壓下無法發(fā)生的化學反應，對于材料開發(fā)也很有幫助。
大阪大學激光科學研究所所長兒玉了祐表示：“并列150臺這樣的激光設備就可以達到引起核聚變的功率。這是我們在2025年以后要實現的目標，力爭在本世紀30年代建設用于發(fā)電實證性測試的廠房。”
這一階段的發(fā)電量將遠小于投入的能源。隨著提高核聚變產生的能量、改良電力提取技術，力爭到本世紀40年代實現發(fā)電量高于能源投入量的目標。
大阪大學激光科學研究所成立于1972年，作為激光工程學研究機構，至今已經研制出包括激光12號在內的高功率激光發(fā)射裝置。
美國在激光核聚變領域處于世界領先地位。2022年，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室實現了“能源凈增長”，即產出超過能源投入。兒玉認為，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究成果得益于“通過機器學習不斷重復實驗尋找最佳條件”。另一方面，高功率激光需要時間冷卻，因此很難在短時間內重復照射。
大阪大學與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室簽署了在核聚變等領域合作開展學術研究的備忘錄。兒玉強調說：“高功率激光實驗和實際燃燒時的數據只有美國掌握，希望通過合作讓激光核聚變發(fā)電成為現實。”
即便成功發(fā)電，預計也要到2050年前后才能投入實際應用。兒玉表示：“維持穩(wěn)定輸出和緊急時刻停機的能力都離不開系統(tǒng)電源，這方面還存在需要跨越的門檻。可能需要十年以上的穩(wěn)定運行成績才能投入商用。”
激光技術在核聚變發(fā)電之外也廣受期待。其中一個用途就是用來清理太空垃圾。據說，將激光與追蹤太空垃圾的技術和修正大氣波動的技術相結合，有望從地面實現清理太空垃圾。
通過提高激光功率有望將施加到材料上的壓強提高至1億個大氣壓。由于目前還不存在以人工方式施加1億個大氣壓的研究手段，這將是一個史無前例的水平。此外，激光還有望應用于可重現太空物理現象的基礎科學研究。（劉林）
責任編輯：江蓬新
