氚能否成为终极能源？美最强辐射源能量放大500倍

新浪科技讯 北京时间11月15日消息，据国外媒体报道，位于美国新墨西哥州桑迪亚国家实验室中的Z Machine是世界上最强的辐射源之一，利用最新的方法，它所产生的能量或许将是现有最大能量的500倍。研究者表示，他们已经将带有放射性的氢同位素——氚(又称超重氢)——加入到Z Machine的燃料中。研究者称，氚与氘(又称重氢)是以一半一半的比例加入到混合燃料中，当燃料与强电磁场融合时，能产生比之前多80倍的中子。

很长时间以来，在测试美国的核储备情况时，Z Machine一直在为实验室的计算机模拟提供关键信息，免去了实际爆炸核武器的过程。天体物理学家还利用Z Machine重现恒星和行星内核的极端环境。在运行状态下，Z Machine的电磁场会挤压预加热的燃料，触发聚变反应。一些科学家希望由电力和磁场所产生的压力能足够大，从而最终实现可以供能的核聚变。

加入氚之后，Z Machine原本已经十分惊人的产中子上限将大大提升，释放出的中子数量将是原来的80倍。原先的燃料中只使用氘和一种辛烷值相对较低的燃料，加入氚以后，新混合燃料所产生的能量将是原来的500倍。

桑迪亚脉冲能量加速器科学与技术小组的高级管理人员迈克·库尼奥(Mike Cuneo)表示：“这种创造能量的方式以前从未出现过——虽然还不能生起篝火，但我们已经开始给烤炉注入燃料了。”不过，目前研究人员关于添加氚的实验还处于早期阶段，预计还需要三年时间，燃料中的氚和氘比例才能达到50:50。

截至目前，研究团队只是在今年7月进行了一次硬件防护和仪器运行的测试。三个星期之后，他们进行了第一次添加氚的实验，但只用了占总量百分之一的燃料。目前只有两家美国能源部支持的实验室在使用氚进行研究，包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室和罗切斯特大学的激光能量实验室。

由于氚具有潜在的环境危害，因此研究人员采取了非常谨慎的预防措施。氚分子非常小，半衰期为12年。研究者需要确保这种放射性物质不致泄漏到用于隔绝Z Machine脉冲功率组件的数百万加仑水体中。

“在学会走和跑之前，我们需要先会爬行，”库尼奥说，“我们将在可控制的实验中，逐渐增加比例。氚就像沙滩上的沙子，会进到任何地方。因此就目前而言，我们不能让它随便乱跑。激光设备还没有这种隔离水池。”

研究人员还指出，氚可能会附着在Z Machine中心区域的金属壁上，从而造成潜在的放射性危害。因此，在Z Machine运行之后，需要有技术人员进入设备中，对金属壁进行清理。截至目前，还没有出现氚泄漏的情况。

“我们在设备防护和辐射防护时有着很高的集成水平，确保一切正常，”设备集成负责人布伦特·琼斯(Brent Jones)说，“桑迪亚-加利福尼亚气体转运团队在处理氚方面有数十年经验，他们开发了一种存储、运输和容纳氚的方法。他们制造了一种设备，能装载少量但数量确定的氚；负责产生中子的人员将氚装满目标设备；负责钚约束的人员则贡献他们的射击技能。”

研究人员正在确定这些氢同位素是否能在非受限实验中被安全使用。在桑迪亚国家实验室中，有将近100位研究人员从事这项工作。来自通用原子能公司、洛斯阿拉莫斯国家实验室、新墨西哥大学和犹他州立大学的研究者也有参与。

尽管有限的测试已经能评估Z Machine对材料和压力的相容性，但还无法准确测定聚变反应的输出结果。“含氚燃料在Z Machine中的使用是此次旅程的第一步，”库尼奥说，“还有很多的工作要做。与在激光(聚变)设备上所做的类似，对(非受限实验)的一个构想就是在反应后立即清除氚分子，使其不会附着在Z Machine的反应室壁上。我们需要能在技术人员进入设备中心区域清理之前，高效率地把放射性水平降低到安全范围内。”

研究人员称，一旦开始进行非受限实验，首先使用的氚剂量将会很小，然后才会逐渐增加。“我们希望能在非受限实验中安全地处理1%到3%的氚含量，”库尼奥说，“这就足以推动惯性约束聚变、相关武器的科学应用，以及中子效应测试的进一步发展。”(任天)