據(jù)悉，澳大利亞公司“HB11”正從一個全新的角度接近核聚變，使用高功率、高精度的激光而不是1億攝氏度的溫度來啟動反應(yīng)。它的首次演示產(chǎn)生了比預(yù)期多10倍的聚變反應(yīng)，該公司表示，它現(xiàn)在是“到目前為止唯一實現(xiàn)聚變的商業(yè)實體”，使其成為“清潔能源這一圣杯商業(yè)化競賽中的全球領(lǐng)跑者”。
上圖：澳大利亞公司HB11表示，它正在順利實現(xiàn)核聚變能源的生產(chǎn)，無需放射性燃料或超高溫。
澳大利亞公司HB11的氫硼激光聚變創(chuàng)新，到底與該領(lǐng)域的其他公司有什么不同呢？為了使原子聚合到一起，形成一種新的元素，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酵稊S強力磁鐵，并希望把兩個N極撞在一起，而不是讓它們互相擋道。
太陽之所以能做到這一點，是因為太陽核心的等離子體中有大量的氫原子，等離子體的溫度高達數(shù)千萬度。熱是動能的一種度量 —— 一組原子或分子移動或振動的速度。在這樣的溫度下，氫原子運動得如此之快以至于它們相互碰撞并融合，釋放出了能使地球變暖的能量。
目前，大多數(shù)聚變反應(yīng)堆設(shè)計的目標就是復制這些條件，通過磁力將氫原子限制在等離子體中，然后使用回旋加速器和其他專用設(shè)備來創(chuàng)造小范圍的瘋狂溫度 —— 超過 1 億攝氏度（1.8 億華氏度）。在這個范圍內(nèi)里，他們希望原子核之間能夠產(chǎn)生足夠多的隨機碰撞，從而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。這是幾十年來主導聚變研究的數(shù)十億美元仿星器和托卡馬克項目的基本理念。
上圖：HB11的聚變過程是精確的，而不是希望產(chǎn)生隨機原子碰撞的超高溫產(chǎn)物。
而HB11公司采用了一種更接近斯諾克擊球的不同方法。它不需要大量的熱量，也不需要像氚這樣棘手的放射性燃料。取而代之的是，它利用了超高功率“啁啾脈沖放大”激光器的最新進展，這種激光器可以產(chǎn)生超過10千兆瓦的巨大、前所未有的功率水平。
HB11反應(yīng)堆將是一個幾乎空無一物的金屬球體，中間是一個“中等大小”的硼燃料球，球體上的兩個小孔用于一對激光器。一個激光將被用來為等離子體建立一個磁場，另一個用于在硼樣品中大規(guī)模加速氫原子。所以，你不是在加熱物體，希望它們能以很快的速度碰撞在一起，你實際上是在把氫對準硼，并使用這些前沿激光使其運行得很快，如果它撞到原子核，它就會聚變。
氫硼聚變并不產(chǎn)生熱量，它只是產(chǎn)生了“裸露的”氦原子或阿爾法粒子，這些粒子缺少電子，因此帶正電。HB11計劃簡單地收集這些電荷來創(chuàng)造能量，而不需要過熱蒸汽和驅(qū)動損耗的渦輪機。沒有產(chǎn)生核廢料。
上圖：一種激光產(chǎn)生磁場來固定等離子體，另一種以超高速將氫原子射入硼樣品中。
激光觸發(fā)鏈式反應(yīng)的初步實驗結(jié)果顯示，反應(yīng)速率比預(yù)期高10億倍，這導致HB11公司在2020年聲稱，它“很有可能遠遠領(lǐng)先于其他研究小組，實現(xiàn)凈能量增益的目標”。
HB11董事總經(jīng)理沃倫·麥肯齊博士表示：“由于我們不再試圖將燃料加熱到不可思議的高溫，所以我們正在回避所有阻礙核聚變能源發(fā)展超過半個世紀的科學挑戰(zhàn)。這意味著我們的發(fā)展路線圖將比其他任何融合方法更快、更便宜。”
這項發(fā)表在同行評議的《應(yīng)用科學》雜志上的研究表明，HB11聲稱的是“世界上第一家私營公司進行的‘材料’數(shù)量的聚變反應(yīng)，產(chǎn)生的聚變反應(yīng)比在同一設(shè)施進行的早期實驗預(yù)期的多十倍?！?/p>
上圖：(a) 實驗裝置； (b) 湯姆遜拋物線 (TP) 快照顯示質(zhì)子和較重離子的存在從目標的后表面向前加速（TNSA 加速機制），即不有助于通過 p-B 聚變產(chǎn)生 α 粒子。
實驗裝置編組了一個短脈沖、高能、拍瓦級激光器，調(diào)諧到大約 3 x 1019 W/cm2 的“相對論強度”。這被聚焦在一塊 0.2 毫米厚的氮化硼的表面上。將 Thompson 拋物線光譜儀置于低量程以測量質(zhì)子/離子等離子體發(fā)射，等離子體離子被平行電場和磁場偏轉(zhuǎn)以記錄在成像板上。核軌道探測器用于計算通過聚變產(chǎn)生了多少阿爾法粒子。
研究人員表示：“這項工作中呈現(xiàn)的結(jié)果，利用PW級激光和“靶內(nèi)”幾何結(jié)構(gòu)，首次提供了p-B聚變產(chǎn)生有效α粒子的原理性實驗證明。測量的α粒子通量約為1010/sr，因此比之前使用相同激光參數(shù)但在“投手-捕手”中獲得的結(jié)果高一個數(shù)量級。幾何學這一成就與過去15年中報道的p–B聚變實驗進展一致，并證實了使用直接輻照方案觸發(fā)p–B聚變反應(yīng)的優(yōu)勢，至少在α粒子通量方面是如此。"
研究人員“粗略”估計，約1.4 x 1011α粒子是通過融合產(chǎn)生的，并指出，由于診斷局限性，這是“明顯低估”。他們指出，“該過程（激光到阿爾法粒子能量）的整體轉(zhuǎn)換效率仍然很低”，約為0.005%，但表示該結(jié)果“為基本機制提供了定性支持”，并為進一步研究提供了大量途徑。
總經(jīng)理沃倫·麥肯齊博士在新聞稿中說：“單是聚變反應(yīng)的演示就令人難以置信地激動。但除此之外，出乎意料的大量反應(yīng)還為我們提供了如何優(yōu)化我們的技術(shù)，以進一步增加我們可以創(chuàng)造的聚變能的重要信息?！?/p>
上圖：(a) 在 t = 2.8 ps (即最高強度峰值進入目標最高密度部分后的 1.2 ps) 時通過 2D PIC 模擬計算的質(zhì)子密度圖; (b) t = 2.1 ps 時的質(zhì)子相空間圖（質(zhì)子密度以等離子體臨界密度為單位）； (c) 分別來自 PIC 和 Monte Carlo 模擬的目標正面的質(zhì)子能量分布 (px > 0) 和 α 粒子能量分布； (d) 來自同一模擬運行的 α 粒子角分布。
麥肯齊博士表示：“HB11 Energy 的研究表明，其氫硼能源技術(shù)現(xiàn)在距離在激光催化下實現(xiàn)凈能量增益還有四個數(shù)量級。 這比任何其他聚變公司報告的要高出許多數(shù)量級，盡管在該領(lǐng)域投資了數(shù)十億美元，但其中大部分都沒有產(chǎn)生任何反應(yīng)。結(jié)果顯示清潔能源產(chǎn)生的巨大潛力：氫硼反應(yīng)使用燃料安全且豐富，不會在初級反應(yīng)中產(chǎn)生中子，因此會產(chǎn)生微量的短壽命廢物，并且可以為基本負荷電網(wǎng)發(fā)電或制氫提供大規(guī)模電力。”
麥肯齊博士認為：“HB11 Energy 是迄今為止唯一實現(xiàn)聚變的商業(yè)實體，它現(xiàn)在是全球清潔能源圣杯商業(yè)化競賽的領(lǐng)跑者?！?/p>
另外，該公司還利用這次機會敦促澳大利亞政府提供更多的本地支持和設(shè)備 —— 特別是要求投資建設(shè)一個拍瓦級激光設(shè)施。
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