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標題: 首次核融合反應產生的能量超過其燃料所吸收的能量 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2021-12-7 09:50 AM 標題: 首次核融合反應產生的能量超過其燃料所吸收的能量

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　　在尋求核融合能源的挑戰中﹐科學家們已突破一項重大的里程碑。第一次﹐核融合反應達到了放出 1.3 百萬焦耳(megajoule﹐MJ)的紀錄﹐且這也是第一次﹐這個能量超過了用來觸發反應的燃料所吸收的能量。雖然仍然還有些路要走﹐但是這項結果代表了過去相關領域上的重大改善﹕比起幾個月之前所進行的實驗結果大了 8 倍﹐還有比起在 2018 年所進行的實驗大了 25 倍。這是個很大的成就。
　　美國加州勞倫斯利福莫耳國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)的國家點燃實驗設施(National Ignition Facility)的物理學家們將會遞交論文來進行同行評審。勞倫斯利福莫耳國家實驗室的主持人金·布迪爾博士(Kim Budil)說﹕「這個結果﹐是慣性局限融合(inertial confinement fusion﹐ICF)研究上歷史性的一大步。基本上﹐這替我們重要國家安全任務的探索與前進打開了嶄新的領域。這也是對這個團隊﹑以及數十年來堅信不移地追求此目標的許多研究者們的創新﹑智慧﹑承諾與勇氣的證明。對我而言﹐它展示了這些國家實驗室最重要的角色之一﹐也就是在應對最大且最重要的科學挑戰上不懈的承諾﹐以及找出其他人可能會因為困難而卻步的解答。」。
　　ICF 包含了要創造出某個像一顆小恆星的物體。它是從包含氫較重的同位素-氘(deuterium)跟氚(tritium)的燃料膠囊開始。這個燃料膠囊被放置於一個稱作環空器(hohlraum)的中空金腔室中﹐尺寸大約是一支鉛筆橡皮擦的大小。接著﹐192 束高功率雷射光會照到環空器上﹐在此處它們會被轉成 X 光。這些 X 光會內爆燃料膠囊﹐將其加熱並壓縮至可比擬恆星中心狀態的情況﹐也就是超過攝氏 1 億度的高溫﹑以及大於 1000 億地球大氣壓力的壓力﹐這會讓燃料膠囊轉成小型的電漿團。
　　然後﹐就如同氫在主序星(main-sequence star)的中心融合成更重的元素一樣﹐氘與氚也會在燃料膠囊中進行同樣的事。整個過程僅在幾十億分之一秒中發生。研究目標是要達成點燃(ignition)﹐也就是核融合過程所產生的能量超過總輸入能量的時點。
　　在 2021 年 8 月 8 號所進行的實驗差一點點就達到標準。來自雷射光的能量是 1.9 MJ。但是這仍然非常令人興奮﹐因為根據團隊的測量﹐比起在融合過程中所產生的能量﹐燃料膠囊吸收的能量少了 5 倍多。團隊說﹐這個結果來自於精煉實驗的心血﹐包括環空器與膠囊的設計﹑改善過的雷射準確度﹑新診斷工具﹑以及用來增加膠囊內爆速度的設計變動﹐這能夠將更多能量傳送到融合發生的電漿熱點。
　　美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)的主持人托馬斯·梅森博士(Thomas Mason)說﹕「在實驗室中獲得熱核燃燒的實驗機會﹐是將近 50 年來科學與技術努力的頂峰。這讓檢視在高能量密度領域理論與模擬的實驗變得比以往更為紮實﹐並將在應用科學及工程領域取得根本性成就。」。
　　研究團隊計畫要進行接續的實驗﹐來檢視他們是否能夠重製結果﹐以及更詳細地研究實驗過程。研究結果亦會替實驗研究打開新道路。物理學家們也希望研究出如何進一步增加能源效率。當雷射光在環空器中轉換成 X 光時﹐很多能量會喪失。很大比例的雷射光反而轉成加熱環空器的牆。解決這個問題將帶我們往融合能源更近一大步。
　　而同時間﹐研究人員們都非常地興奮。麻省理工學院(MIT)電漿科學與融合中心(Plasma Science and Fusion Center)的物理學家約翰·法蘭傑博士(Johan Frenje)說﹕「在實驗室中達到點燃依然是此時代的科學大挑戰之一﹐而此結果是邁向達成該目標的重要一步。」。
　　「它亦使探索一個根本上很新且實驗上極度難以達成的領域變得可能﹐進一步使我們了解融合點燃與燃燒的過程﹐這對驗證與增強我們的模擬工具﹐以支持庫存管理很重要。此外﹐這個結果很具歷史性﹐因為它代表了數個十年來的努力﹑創新﹑智慧﹑大量的團隊合作﹑以及不懈的專注﹐以達成這個終極目標。」。

作者: TT8787785 時間: 2022-12-17 11:36 PM

Youtube 'PanSci 泛科學'

'核融合重大突破！全面解析能量輸出大於輸入到底怎麼做到？'

美國核融合研究重大突破正式發表達能量淨增益助發展潔淨能源
2022/12/14 中央社核融合、能源、 LLNL 、美國能源部
勞倫斯利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL）的科學家最近在一次核融合反應中，產出約 3.15 百萬焦耳（MJ）的能量，約是雷射所用能量 2.05 百萬焦耳的 150%。這是首度在實驗中達成重大的能量淨增益。

如果達成，那核廢、非核家園、碳排的問題就有解。

Cheers!

作者: TT8787785 時間: 2022-12-17 11:54 PM

這提到雷射去打在原子產生高溫。
讓人聯想到，有一種雷射內雕機。雖然知道也是雷射去產生溫度讓壓克力或玻璃內高溫微爆裂。
但是，是怎麼控制距離？畢竟在三維座標內，也是得控制距離才能精準的掌控要'爆點'的座標。

關於雷射內雕機的原理：

雷射內雕機
雷射內雕機原理並不是光的干涉現象，而是因為聚焦點處的雷射強度足夠高，透明材料雖然一般情況下對雷射是透明的，不吸收雷射能量，但是在足夠高的光強下會產生非線性效應，短時間內吸收大量能量從而在焦點處產生微爆裂，大量微爆裂點形成內雕圖案

基本介紹
中文名：雷射內雕機
外文名：Laser engraving machine
原理：非線性光學現象
功能：透明材料內雕刻平面三維圖案
簡介
水晶及玻璃內雕圖案是用電腦控制的雷射內雕機製作成的。其實，通常見到的工藝品大多不是真正的水晶，而是人造水晶。“雷射”則是對人造水晶(也稱“水晶玻璃”)進行“內雕”最有用的工具。採用雷射內雕技術，將平面或立體的圖案“雕刻”在水晶玻璃的內部。

原理
雷射內雕的原理是非線性光學現象。透明材料雖然一般情況下對雷射是透明的，不吸收雷射能量，但是在足夠高的光強下會產生非線性效應，比如多光子電離、閾上電離等，所以在強度足夠高的雷射聚焦點，透明物質會在短時間內吸收雷射能量而產生微爆裂，大量的微爆裂點排列成所需要的圖案。
主要功能
在水晶、玻璃等透明材料內雕刻平面或三維立體圖案。可雕刻2D/3D人像、人名手腳印、獎盃等個性化禮品紀念品，也可批量生產2D/3D動物、植物、建築、車、船、飛機等模型產品和3D場景展示。
特點
1、採用先進的振鏡技術配合2KHz半導體泵浦YAG倍頻雷射器，爆點很細很亮，雕刻速度更快，圖案更精細、生動、逼真；

2、關鍵元器件來自德國、美國，設計更合理,長期工作穩定性好；
3、配製自主開發軟體，配合三維相機可精細製作三維人像；
4、適應個性化和批量快速加工需要，一台設備可滿足多個店面網路銷售及電子商務網路銷售的生產量。

作者: TT8787785 時間: 2022-12-18 12:13 AM

抱歉，如前述，又思考到另一個量子的問題。

有一種 Paschen's law，帕邢定律
主要是解釋了氣體形成電弧的擊穿電壓與空氣的氣壓與電極距離的關係(&不同氣體分子)

不過如果從量子的角度，電弧表示有電流流通，那空氣分子在空間中是屬於不連續的。
可電流是由電子移動所產生，那空氣分子的電子要怎麼在不連續的分子之間作移動？

請問這部分的知識，是屬於哪類範疇？是否有人做過類似的學問？

作者: TT8787785 時間: 2022-12-18 11:14 PM

TT8787785 發表於 2022-12-18 12:13 AM
抱歉，如前述，又思考到另一個量子的問題。

有一種 Paschen's law，帕邢定律

抱歉，稍微搜尋了一下，這狀態似乎叫做"電漿"。
氣體分子游離的狀態，電子、非中性粒子(游離的氣體分子)，彼此間有作用、電場、磁場。
所以當游離的電子離開原本的氣體分子，在空間中會受到其他缺少'電子'(陽離子)的吸引，或電場\磁場的作用，繼續的'游離'，在大量離子化的作用下，空氣之間就產生了不規則的電子竄流路徑，讓陰極、陽極之間有電流流通。
另一種核融合工程發展的趨勢，'托克瑪克'，似乎就是想利用電漿型態來發電。

下列電漿的說明：
電漿（plasma）又稱等離子體、電離漿[1]、等離體[2]，是物質狀態之一，是物質的高能狀態。其物理性質與固態、液態和氣態不同。電漿和氣體一樣，形狀和體積不固定，會依著容器而改變。電漿有接近完美的導電率，也會在磁場的作用下，顯現出各種三維結構，例如絲狀物、圓柱狀物和雙層等，也可以利用磁場來捕捉、移動及加速各種電漿，例如可變比沖磁電漿火箭就是應用了電漿的這一特性。電漿最早的含義是整體保持電中性的電離物質，但現實一些不符合原先電中性定義的物質也會被稱為電漿，如誇克-膠子漿等。有關電漿的一種直覺上的描述稱，電漿就是會受電磁場影響的流體物質，一般是指各種離子化氣體，然而固體或液體內的自由電子也可以被視為電漿的一種（非中性電漿），此外還包括很多受電磁場支配的流體物質。電漿可以被看成是由一群粒子所組成的系統，因此在數學上可以用統計的方式來研究。

宇宙中充斥著各種各樣的電漿，是其最常見的物質相態，亦可以經由對處於其他相態的物質的加工取得。現代物理學對氣體與電漿之間的相變給出了詳細描述，某種氣體在經歷外來的高溫或強電磁場的作用時，此時該氣體內本身存在的游離電子會被加速，並撞擊該氣體的諸中性粒子，使該氣體中各顆中性粒子中的電子與其原子核分離（分開），成為游離電子，而該中性粒子也會因缺少了電子而成為離子。這些分離出來的游離電子又會被該電場加速，再與其他中性粒子碰撞，這稱為氣體的離子化過程。此時該氣體中一部份粒子會擁有比中性狀態更多的電子而成為帶負電荷的陰離子，另外有一部份粒子會擁有比中性狀態更少的電子而成為帶正電荷的陽離子[3]，有一部份粒子則維持中性。離子化後的氣體成為由各顆陰陽離子、游離電子、中性粒子等多種粒子所組成的電中性物質，其中陰離子的電荷量總和與陽離子的電荷量總和相等，這就是物理學上所謂「電漿」，此時物質在大尺度上的總電荷是零，這稱為「準中性」。[4]電漿含有許多可以自由移動的非中性粒子（載流子），加上諸多非中性粒子帶有電磁力，並會受其他非中性粒子的電磁力影響，即是説諸非中性粒子之間可以在不碰撞的情況下發生交互作用，這也解䆁了電漿的導電及受電磁力支配等的多種性質。最後處於電漿態的物質也可以通過相變轉化為其他三種物質狀態。

電漿是宇宙重子物質最常見的形態，其中大部分存在於稀薄的星系際空間（特別是星系團內介質）和恆星之中。[5]地球大氣離地表300公里的電離層也是處於電漿態，電離層是地球大氣較外層的氣體吸收了太陽輻射能量，發生光致游離而形成。

目次

作者: TT8787785 時間: 2022-12-19 11:03 PM

TT8787785 發表於 2022-12-17 11:54 PM
這提到雷射去打在原子產生高溫。
讓人聯想到，有一種雷射內雕機。雖然知道也是雷射去產生溫度讓壓克力或玻 ...

關於雷射內雕座標的控制，似乎是控制"光強"，譬如：兩道雷射光束的焦點處，光強超過"內爆"點。
就可以產生像素。

在 youtube
"2D/3D crystal laser engraving machine, Laser Subsurface Engraving Machine, 2D/3D crystal gifts"

"Sub-Surface 3D Laser Engraving: A Brief Explanation"

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