利用相对论效应进行激光聚变：清洁能源的新方法

时间：2022-06-07 10:40:19来源：

大阪大学的一个研究小组研究了一种产生核聚变能的新方法，表明超强激光的相对论效应改进了当前激光聚变研究中的“快速点火”方法，可以将燃料加热足够长的时间以产生电力。这些发现可以为激光聚变提供火花，开创无碳能源生产的新时代。

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目前的核能利用铀等重同位素裂变成较轻的元素来发电。然而，这种裂变能量存在重大问题，例如乏燃料处理和熔毁风险。一个有希望的裂变替代方案是核聚变。像所有恒星一样，我们的太阳是由轻同位素(尤其是氢)融合成较重的元素而提供动力的。与裂变相比，聚变具有许多优势，包括没有危险废物或存在不受控制的核反应的风险。

然而，从聚变反应中获得比投入更多的能量仍然是一个难以实现的目标。这是因为氢核相互强烈排斥，而聚变需要极端的热量和压力条件——例如在太阳内部发现的条件——才能将它们挤压在一起。一种称为“惯性约束”的方法使用极高能量的激光脉冲在燃料芯块有机会被炸开之前对其进行加热和压缩。不幸的是，这种技术需要对激光能量进行极其精确的控制，以便压缩冲击波同时到达中心。

现在，由大阪大学领导的一个团队开发了一种改进的惯性约束方法，可以使用第二次激光射击更一致地执行该方法。在“超穿透”快速点火中，直接照射的第二激光在致密等离子体中产生快速移动的电子，在压缩过程中加热核心以触发聚变。“通过利用高强度激光的相对论行为，能量可以可靠地传递到内爆等离子体中的燃料，瞄准点火，”第一作者陶工说。

这种方法的燃料通常是氢同位素氘和氚的混合物，比铀更容易获得，并且在聚变后变成无害的氦。资深作者 Kazuo Tanaka 解释说：“这一结果是朝着实现激光聚变能量以及高能量密度物理学的其他应用(包括医疗)迈出的重要一步。”

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