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                      安捷倫真空技術助力核聚變研究取得重大突破
                      2022-12-29  閱讀

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                        【康沃真空網】2022 年 12 月 13 日,美國能源部國家實驗室 - 加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)宣布,其實驗室的國家點火設施項目(NIF)在 12 月 5 日所開展的的核聚變實驗中,第一次實現了凈能量增益。

                        安捷倫真空技術助力核聚變研究取得重大突破

                        這一史無前例的壯舉是人類利用可控核聚變產生清潔能源的一個重要里程碑。它的成功得益于數百名科學家和工程師數十年來的不斷努力,安捷倫真空的專業知識、解決方案和產品,也為此提供了有效的支持。

                        可控核聚變的兩條技術路線

                        一是磁約束核聚變,讓氘和氚等在極高溫度下,完全電離為由原子核和自由電子組成的等離子體,再利用特殊磁場,將高溫的等離子體約束在有限空間內,讓它們沿著設定的軌跡運動并不斷加速(加熱),直至產生核聚變反應。磁約束核聚變的典型是托克馬克裝置,如國際熱核聚變實驗反應堆( ITER )、我國的人造小太陽項目( EAST )等。

                        另一條是慣性約束核聚變,利用多束高能激光,從四面八方轟擊裝有核燃料的微小腔體,引發內爆產生瞬間的高溫和高壓,用巨大的壓力使燃料發生核聚變反應。NIF的實驗走的就是這條路線。

                        NIF 核聚變實驗

                        在 NIF 的實驗中,單個激光器被分成 48 個不同的光通道,然后放大并再次各分成 4 個,產生 192 個單獨的光束。在一個厘米級的燃料膠囊(Hohlraum)內,192 個激光束被轉化為 X 射線,將氘氚球靶加熱成為一個溫度高達 300 萬攝氏度的火球,從而誘發核聚變反應:靶內的氘原子(中子和質子)與氚原子(兩個中子和一個質子)碰撞融合,產生氦 4 原子(兩個中子和兩個質子),并發射出中子,同時釋放出能量。

                      安捷倫真空技術助力核聚變研究取得重大突破

                        當聚變反應釋放的能量超過提供給靶的能量時,就會產生凈能量增益:這一次使用 2 兆焦耳的能量產生了 3 兆焦耳的能量,實現了 1.5 倍的凈增益。

                        真空的作用及安捷倫提供的解決方案

                        為了避免激光發生散射和損耗,上述的所有激光束都需要工作在清潔穩定的真空環境中。48 臺安捷倫 TwisTorr 84 FS 渦輪分子被安裝在 PEPC(Plasma-Enhanced Pockels Cells) 裝置上,該裝置是 NIF 激光功率調節系統 (PCS) 的一部分。這些分子泵保證了系統在激光激發和實驗進行期間絕佳的真空環境。

                        安捷倫真空技術助力核聚變研究取得重大突破


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