圖為研究團(tuán)隊(duì)展示的“雷鳥反應(yīng)堆”。

圖片來源：加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)

據(jù)《自然》雜志20日發(fā)表的成果，名為“雷鳥反應(yīng)堆”的裝置以一種突破性的電化學(xué)方法，成功提升了核聚變速率。實(shí)驗(yàn)展示了粒子加速器如何用低能量電化學(xué)過程，在高得多的能級(jí)上影響核反應(yīng)速率。該進(jìn)展為下一步更廣泛、更高效驅(qū)動(dòng)核聚變的研究鋪平道路。

核聚變是太陽的能量來源，涉及兩個(gè)輕原子核結(jié)合成一個(gè)較重原子核并釋放出能量的過程。人們認(rèn)為核聚變有潛力成為清潔能源，但目前的聚變反應(yīng)堆，還不能產(chǎn)生足夠的聚變事件來產(chǎn)出更多的能量。

一個(gè)控制聚變速率的因素是燃料密度。密度越高，粒子碰撞可能性越大，從而增加聚變發(fā)生的概率。有一種聚變方案是通過結(jié)合磁場、溫度和壓力，壓縮核燃料(通常是氘的等離子體，氘是氫的重同位素)，使之達(dá)到聚變發(fā)生的臨界狀態(tài)，但這一技術(shù)一直處于開發(fā)中。

此次，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)探索了一種提升氘聚變速率的全新路徑。他們利用電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)臺(tái)式粒子加速器，命名為“雷鳥反應(yīng)堆”。該裝置用一束氘離子流轟擊鈀靶，隨著植入鈀中的氘濃度升高，在已植入的氘和束流中新進(jìn)入的氘之間碰撞引發(fā)的聚變速率也隨之增加，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

鈀靶還連接一個(gè)電化學(xué)電池，當(dāng)電池啟動(dòng)時(shí)，會(huì)有更多氘注入靶中增加聚變速率。平均而言，與沒有電化學(xué)加載相比，聚變速率增加了15%。研究團(tuán)隊(duì)介紹說，目前“雷鳥反應(yīng)堆”每輸入15瓦的能量僅能產(chǎn)生約十億分之一瓦。

在同時(shí)發(fā)表的新聞與觀點(diǎn)文章中，專家認(rèn)為，高效核聚變目前仍然是個(gè)難題，這一方法距離實(shí)現(xiàn)能量輸出超過輸入仍有距離。盡管如此，“使用電化學(xué)方法來增加核聚變速率是一個(gè)重大成就”，因?yàn)?ldquo;憑借涵蓋了核物理、化學(xué)和材料科學(xué)的技術(shù)進(jìn)展，科學(xué)家正為利用可獲取的臺(tái)式核反應(yīng)堆驅(qū)動(dòng)低能核聚變的更廣泛研究鋪平了道路。”