NAPLIFE:推进核聚变纳米技术

核聚变作为丰富能源的潜力早已得到讨论。但由于技术挑战巨大,全局推广技术似乎仍任重道远。Tamás Biró博士和Nano-Plasmonic激光惯性融合实验项目同事匈牙利Winder物理研究中心认为,通过新的聚变方法可以找到解决办法,即用快速激光脉冲在目标中插入纳米粒子时更有效地点燃核燃料通过他们的研究,他的团队展示如何通过激光技术、流体动态和纳米技术等领域的最新进步实现技术

今天,摆脱对化石燃料依赖的需要正变得越来越紧迫。扩展可再生能源和核聚变很可能是实现这一目标的关键,但这一展开速度不够快,无法避免近期内对社会和自然生态系统造成灾难性损害。

数十年来 物理家们一直在讨论 核聚变的替代解决方案理论上,这一技术可用于获取大量能量,因为小原子核-即氢同位素和混合-通过激活太阳的同机制分解成大核

核聚变驱动的全球社会愿景似乎距离多年似乎还差得远。富电厂可生产大量能源, 但没有建电厂, 匈牙利布达佩斯Winder物理研究中心Tamás Biró博士解释太阳核心温度必须加热一亿摄氏度,它必须把聚变燃料和热等离子压在一起

今天,摆脱对化石燃料依赖的需要正变得越来越紧迫。

实现这种极端条件,物理学家迄今主要使用强磁生成氢同位素、和稳定等离子体,介于空心甜甜圈形堆中并封存足够长以启动聚变如果能实现完全聚变,流程生成的能量就足以使响应自保 — — 允许无限采取能量原则是ITER的中心目标:法国南部目前正在建设的国际聚变项目,目标是2035年实现完全核聚变

很明显,这是一个漫长路程 — — 在全球商业上可生存的聚变成为现实前,我们需要等待更久时间除此以外,基于d+t反射的聚变不可避免后果是生产高能中子,这会损害控制等离子所需的昂贵设备。然而,这个方法并非唯一建议启动聚变技术

Alternatives through compression

Biró和他在NAPLIFE项目的同事在研究中探索替代方法,即非热聚变燃料打入凝胶中仅100微米跨面并受突发极端辐照最理想的情况是,在这种假设中实现聚变,不产生任何破坏性高能中子

美国National点火设施内装聚变材料的胶囊通过高能激光或离子束从数个方向对称压缩原则上,它可以为聚合材料创造必要条件 因巨大压力凝聚

实现这些条件, 研究者希望使用维纳物理研究中心 短强激光脉冲, 原则上比热等离子对巨型堆内极端温度效率高得多即便脉冲持续几毫秒, 部分燃料也会比其他部分压缩更多 — — 导致流出命名为RayLigh-Taylor不稳定性

在许多自然假想中都可以看到这种效果,不同密度流水相互作用:从油流向顶倾注水到蘑菇云在火山喷发期间开发以电流压缩不同密度 避免点火 产生消除不稳定性

面板和纳米rod

Biró团队需要确保其燃料在压缩时均匀吸收能量:无论是表面内或内部大片内实现这一点时,他们准备一种专用混合物中的燃料,当以特定波长接触紫外光时,会变硬聚合物并直接接触快速激光脉冲

光线帮助下,金属表面电子可被迫像波浪一样移动,变薄加厚替代物中,Biró解释命名表层电荷运动新类型波长短于光刺激金属表面

结合这一方法,NAPLIFE团队还旨在通过整合专用纳米粒子避免燃料不稳定性实验中合成数枚金纳米棒,宽度为25纳米,长度85至135纳米不等。树枝溶解液聚合物先质后散散以统一分布

燃料聚合后 纳米条形像小天线 吸收并传输波长纳米粒子通过确保金属表面粒子对燃料传播的能量平均分布于整个表层和大片燃料中,使聚变同时点点燃较大的脉冲能

分析燃料样本

NAPLIFE团队使用两种高级成像技术并用首先是光谱学-它检验物与电磁辐射的交互作用第二,转向传输电子显微镜,通过测量电子束通过样本传输时变换方式生成超高分辨率图像

Biró及其同僚通过这些技术提供质量分析,决定如何优化压缩法,同时考虑包括燃料样本厚度在内的各种因素纳米rod长度-会影响光波长度和波长光聚合燃料

基于分析结果,研究者现在有了清晰的路径图,说明在压缩基核聚变实事求是地与ITER等现有项目竞争前需要作出的改进

工作为持续压缩核聚变铺平路,核聚变占用空间远小于传统等离子技术

举例说,虽然添加纳米rod对激光脉冲传输期间燃料稳定性有明显的正面效果,但他们的观察显示需要实施结构间较大空间此外,进一步调整技术需要使用更先进激光设施-使脉冲更短、更强

新方法聚合

NAPLIFE团队申请为这些设备提供资金后,现在集中规划未来实验Biró表示:「基于实验室低功率激光所得结果,并需要大得多的真空室 和数件高贵设备

团队当前目标实现后,希望工作为持续压缩核聚变铺路,核聚变占用空间远小于传统等离子技术

通过同时研究这些方法,他们最终希望大规模核聚变全球推广将很快接近现实 — — 为消除全球温室气体排放这一紧迫目标提供重要新工具