美海军研究实验室正开发氟化氩激光器 或可使核聚变发电成为实用的商业技术

2021-12-09 15:58    激光器  核聚变  美国核电

美国海军研究实验室(NRL)正在开发一种氟化氩(ArF)激光器,有朝一日可能使核聚变发电成为实用的商业技术。这种宽频紫外线激光器被设计为具有最短的激光波长,可以扩展到为自持核聚变反应提供动力。


美国海军研究实验室(NRL)正在开发一种氟化氩(ArF)激光器,有朝一日可能使核聚变发电成为实用的商业技术。这种宽频紫外线激光器被设计为具有最短的激光波长,可以扩展到为自持核聚变反应提供动力。

许多研究人员称核聚变能源为改变游戏规则的技术。事实上,在任何可预见的时间范围内,从氢气中产生任何所需数量的清洁能源的能力将以我们无法想象的方式从根本上改变人类文明。

尽管研究人员可以重新创造太阳内部的条件,在地球上产生核聚变反应,但这些都被限制在氢弹和实验室实验中,在那里,创造核聚变反应所需要的能量比研究人员能得到的要多--尽管最近的实验越来越接近扭转这一局面。

过去75年的目标是产生超过1亿摄氏度的温度和点燃聚变反应所需的压力,并产生足够的剩余能量来维持它。这本身将是一项重大成就,但该技术还必须能够无限期地维持反应,同时也要足够便宜,反应堆要足够小,这样才能实用。

NRL的ArF激光器是为一个基于惯性约束核聚变(ICF)原理的测试设施而设计的。在这种情况下,一个氘或氚的珠子(它们是氢的重同位素)被多个激光器发射,在几分之一秒内加热和压缩它,以至于氢原子内爆,融合在一起,并释放出巨大的能量。

新的深紫外激光器,也被称为激光驱动器,据称能以更高的效率将能量转移到燃料珠上,并产生更高的温度以产生内爆现象。NRL的科学家们利用辐射流体力学模拟说,性能可以提高100倍,效率达到16%,而下一个最高效的氟化氪激光器的效率只有12%。

由于这些改进,ArF激光器可以导致更小和更便宜的聚变电站。然而,该团队强调,在核聚变与国家电网相连之前,还有很长的路要走。该激光器将需要为一个实用的工厂提供所需的能量、重复率、精度和十亿次的可靠性。

为了实现这一目标,该实验室正在进行一个三阶段的计划,第一阶段致力于氩氦激光器的基础科学和技术。随后是第二阶段,该阶段将专注于建造和测试一个完整的高能ArF激光器,然后是第三阶段,将建造一个由20至30个激光器组成的内爆设施。

NRL的研究物理学家Steve Obenschain博士说:“这些优势可以促进开发尺寸适中、成本较低的聚变电站模块,在激光能量低于1兆焦耳时运行。这将极大地改变现有的关于激光核聚变能源太昂贵和发电厂太庞大的观点。”



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