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安捷伦真空技术助力核聚变研究取得重大突破
2022-12-29  阅读

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  【康沃真空网】2022 年 12 月 13 日,美国能源部国家实验室 - 加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)宣布,其实验室的国家点火设施项目(NIF)在 12 月 5 日所开展的的核聚变实验中,第一次实现了净能量增益。

  安捷伦真空技术助力核聚变研究取得重大突破

  这一史无前例的壮举是人类利用可控核聚变产生清洁能源的一个重要里程碑。它的成功得益于数百名科学家和工程师数十年来的不断努力,安捷伦真空的专业知识、解决方案和产品,也为此提供了有效的支持。

  可控核聚变的两条技术路线

  一是磁约束核聚变,让氘和氚等在极高温度下,完全电离为由原子核和自由电子组成的等离子体,再利用特殊磁场,将高温的等离子体约束在有限空间内,让它们沿着设定的轨迹运动并不断加速(加热),直至产生核聚变反应。磁约束核聚变的典型是托克马克装置,如国际热核聚变实验反应堆( ITER )、我国的人造小太阳项目( EAST )等。

  另一条是惯性约束核聚变,利用多束高能激光,从四面八方轰击装有核燃料的微小腔体,引发内爆产生瞬间的高温和高压,用巨大的压力使燃料发生核聚变反应。NIF的实验走的就是这条路线。

  NIF 核聚变实验

  在 NIF 的实验中,单个激光器被分成 48 个不同的光通道,然后放大并再次各分成 4 个,产生 192 个单独的光束。在一个厘米级的燃料胶囊(Hohlraum)内,192 个激光束被转化为 X 射线,将氘氚球靶加热成为一个温度高达 300 万摄氏度的火球,从而诱发核聚变反应:靶内的氘原子(中子和质子)与氚原子(两个中子和一个质子)碰撞融合,产生氦 4 原子(两个中子和两个质子),并发射出中子,同时释放出能量。

安捷伦真空技术助力核聚变研究取得重大突破

  当聚变反应释放的能量超过提供给靶的能量时,就会产生净能量增益:这一次使用 2 兆焦耳的能量产生了 3 兆焦耳的能量,实现了 1.5 倍的净增益。

  真空的作用及安捷伦提供的解决方案

  为了避免激光发生散射和损耗,上述的所有激光束都需要工作在清洁稳定的真空环境中。48 台安捷伦 TwisTorr 84 FS 涡轮分子被安装在 PEPC(Plasma-Enhanced Pockels Cells) 装置上,该装置是 NIF 激光功率调节系统 (PCS) 的一部分。这些分子泵保证了系统在激光激发和实验进行期间绝佳的真空环境。

  安捷伦真空技术助力核聚变研究取得重大突破