x光自由电子激光器可以引发核聚变

2019-12-10 11:58 来源:和讯科技

根据核物理理论,控制受控核聚变需要高能量。然而,正如德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心(HZDR)的科学家在《物理评论》杂志上证明的那样,利用x光最新的自由电子激光器提供的能量和电磁场,核聚变可以在较低的能量下开始。

多年来,科学家们一直在研究核聚变发电。一方面,它几乎是取之不尽的能源。另一方面,掌握核聚变有许多技术障碍。其中之一是,为了引发核聚变,有必要克服具有相似电荷的原子核之间强烈的电排斥,这通常需要很高的能量。

但是,还有另一种方法。合著者弗里德曼·奎瑟(Friedman Queisser)说:“如果有更低的能量可用,融合也可以通过量子力学隧道效应来实现。这样,由核心排斥力引起的能量屏障将以较低的能量通过隧道。”这个过程不是一个理论建构,而是一个现实。发现太阳核心的温度和压力条件不足以克服氢核聚变的能量障碍。然而,熔融反应可以通过足够数量的隧道过程来维持。

HZDR科学家在他们目前的工作中研究了隧道辐射支持是否能促进受控聚变。迄今为止,用于触发这种过程的常规激光辐射的性能太低,但是这种情况很快就会改变。通过使用x光自由电子激光器(XFEL),每平方厘米的功率密度达到了10-20瓦。这大约是集中在硬币表面的太阳辐射功率的1000倍。HZDR理论物理系主任拉尔夫·舒尔特黑德教授说:“这让我们进入了一个领域,在这个领域里,我们可以用强大的x射线激光器来支持这种隧穿过程。”

这种想法是导致核心排斥的强电场与微弱但快速变化的电磁场叠加在一起,这种电磁场可以由XFEL产生。HZDR科学家通过氢同位素氘和氚的融合进行理论研究。结果表明,通过这种方式可以提高隧穿速率,并且足够数量的诱导隧穿过程最终可以实现成功且可控的聚变反应。现在,当谈到未来集变电站的概念时,这种反应被认为是最有希望的反应之一。