X射線自由電子激光器可在較低能量下引發(fā)核聚變

根據(jù)核物理的理論，控制受控核聚變需要高能量。但是，利用X射線的最新自由電子激光器提供的能量和電磁場，可以在較低能量下引發(fā)核聚變，德國德累斯頓—羅森多夫亥姆霍茲中心(HZDR)科學(xué)家在《物理評(píng)論》雜志上證明了這一點(diǎn)。

多年來，科學(xué)家一直在研究通過核聚變來發(fā)電，一方面這是一種幾乎取之不盡的能源，另一方面要想掌握核聚變，還有許多技術(shù)障礙。其中之一是為了引發(fā)核聚變，必須要克服聚變?cè)谝黄鸬膸嗨齐姾傻脑雍说膹?qiáng)電排斥力，這通常需要很高能量。

但是，還有另一種方法，該項(xiàng)研究的合著者弗里德曼·奎塞爾說：“如果可用較低能量，通過量子力學(xué)隧道效應(yīng)也可以實(shí)現(xiàn)聚變。這樣一來，由核心排斥力引起的能壘便以較低的能量穿過隧道。”這個(gè)過程不是理論上的構(gòu)建，而是一個(gè)現(xiàn)實(shí)，在太陽芯中發(fā)現(xiàn)溫度和壓力條件不足以克服氫核聚變的能壘，然而，通過足夠數(shù)量的隧穿過程可以維持聚變反應(yīng)。

HZDR科學(xué)家在他們目前的工作中研究了通過輻射對(duì)隧穿過程的支持是否可以促進(jìn)受控的融合。迄今為止，用于觸發(fā)此類過程的常規(guī)激光輻射的性能太低，但這狀況很快就會(huì)改變?，F(xiàn)在使用X射線自由電子激光器(XFEL)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)每平方厘米10—20瓦的功率密度。這大約相當(dāng)于太陽輻射功率的1000倍，集中在1枚硬幣的表面。HZDR理論物理系主任拉爾夫·許爾策豪德教授說：“這使我們進(jìn)入了可以用強(qiáng)力X射線激光器支持這種隧穿過程的領(lǐng)域。”

這個(gè)想法是，導(dǎo)致鐵心排斥的強(qiáng)電場，與較弱但變化迅速的電磁場疊加在一起，這可以借助XFEL產(chǎn)生。HZDR科學(xué)家通過氫同位素氘和氚的融合進(jìn)行了理論研究。結(jié)果表明，可以通過這種方式提高隧道速率，足夠數(shù)量的引發(fā)隧穿過程最終可以實(shí)現(xiàn)成功且受控的聚變反應(yīng)。現(xiàn)在，當(dāng)談到未來的聚變電站概念時(shí)，該反應(yīng)被認(rèn)為是最有希望的反應(yīng)之一。

關(guān)鍵詞： X射線自由電子激光器