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2014年2月25日 星期二

SciShow - 融合動力,飛向未來...了嗎?

IRW #9

SciShow - 融合動力,飛向未來...了嗎?








http://www.amara.org/en/videos/qgXJZBl0kmY4/zh-tw/666913/

Comments: 底下有大量節外生枝。因為太酷了。未來的能源之類的。


Tags: 回到未來, Delorean, Mr Fussion, Lawrence Livermore 國家實驗室(LLNL), 國家點火設施(National Ignition Facility, NIF), 雷射, 準分子雷射(Excimer laser), 功率倍增器, 環空器(Hohlraum), Bootstrap, 自持續, 回饋, 強作用力, 太陽, 八爪博士, 潔淨能源, 模擬城市, 焦耳, 大卡, 漢堡, 雞排, 披薩, 氫, 氘, 氚, 氦, 鈹, 中子源, 能源, 核工程, 桶原油當量


References: 說明


Hohlraum 環空器


影片 1:46 秒 的地方使用來禁錮與加熱燃料錠的靶子,叫作環空器,Hohlraum 是德文的坑洞之意。

金-貧化鈾合金材質,捕捉射入的紫外線波長雷射,以近似黑體幅射的方式發出X光波段的輻射,從四面八方間接加熱燃料,比起直接照射優點是更均勻。

(*回到影片裡我的比喻,直接照射像是用核彈炸月球,壓縮力量來自於炸飛的岩石的反作用力。間接照射像是把月球放在保險櫃,在櫃裡灌水,然後從裡面引爆 C4 炸藥,得到疊加衝擊波的強大壓縮力--我想到 C4 這例子,當然是因為流言終結者真的幹過XD [→YouTube]*)

或者,換言之就像在烤土窯雞,均勻地深淺同時加熱,又油又香又美味 XDDD

差別只在烤雞的土窯放出遠紅外光,而鈾金環空器放出X光而已(憑藉X光非常短的波長才能射中微小的燃料靶,而不會因繞射耗散)。NIF的科學家絕對試過一大堆環空器的設計,經過強大的數值模擬後才選出一種來實測,話說最後的方案有點出乎常人意料地簡單啊,就跟土窯......(毆飛)。
 [→zh:wiki][→google:pic] (有版權不能放圖)


國家點火設施 [→zh:wiki]


JJ亞伯拉罕,導演《星艦迷航:暗黑無際》(Star Trek 12, 系列時間線重開機第二部)時,借用了NIF的雷射標靶室拍攝,當作片中的星艦曲速引擎核心(Wrap core)。怎麼想都是太酷了,那就是世界上少數幾個可控核融合的發生地點啊,星艦迷航魂就是要這樣激發一代又一代人對科學的熱血。

(見紀錄片 [→YouTube] 。請小心,星艦迷航是個大坑,跟黑洞的相似處在於:掉進去就出不來,甚至只要在它附近都會有相對論性的時間膨脹效應,莫名其妙就快速流逝了QQ。 )

看著也為 NIF 的超精密儀器擔心,碰壞了片酬就要加倍奉還了。雷射靶室還是 NIF 設施的小小一部分而已,建築結構本體很巨大,包括 192 門雷射的線性可替換單元--豪華房車大,壞了方便「模組化」整組更換的東西。不管是自動販賣機、電腦自動製程、國際機場自動化行李分派、大強子對撞機、或是雷射點火核融合,人類製造過的、由簡至繁、親民服務至科學巨獸的各種機器,當中的工程魂之美,在於把大問題層層拆解成子單元,並且在每一層的接口,工程品質都有明確嚴格的品質控管(Quality control, QC)。你現在正在使用的瀏覽器、個人電腦、手機或平板電腦的作業系統也是一樣,複雜,但總是能分成區塊、與區塊之間的接口(稱為interface, API 等等)。

機器的科層制似乎比官僚體系行得通、效率高許多="=


勞森準則(Lawson criteria) [→en:wiki]


聽起來像日本國民便利商店的待客服務標準。但其實是核聚變背後物理原理的聖經。NIF員工也寫在工程帽子上(見前面星艦迷航記錄片 ST12)。

慣性局限融合(ICF)[→zh:wiki]

NIF與慣性局限融合分法的最大競爭者,是位在法國馬賽附近Cadarache市的國際熱核聚變實驗反應堆 ITER [→zh:wiki][→google:pic]

科學家有意無意湊出的頭字縮寫 ITER 恰好是拉丁語「道路」之意。原本試驗地的候選是在日本青森市六所村,後來因為和諧--不,是以利國際合作改在法國。引起當地綠色和平組織強烈抗議,一般我對綠色和平是支持與尊敬,但是,抗議說核聚變反應不慎就會釀成核災?不可能,看了這集SciShow就懂為啥。

原本NIF取得大量經費而精心寫的的企劃書,屬於SSP(Stockpile Stewardship Program)計畫,即在【禁止核試爆】的前提下【檢驗並延長核武器的儲存時間】,等於是在為核工領域續命的研究。

維基百科的一句話有一丁點啟發

核融合也是一種中子源,藉此可以觸發核分裂。利用中子源來觸發核分裂反應稱為次臨界核分裂,次臨界核分裂不但安全性接近核融合,且技術難度較核融合發電低(若是把核融合來當中子源觸發核分裂發電,技術需求也會比僅使用核融合的能量發電低),還可以處理核分裂發電造成的核廢料及過多的原子彈、讓這些核廢料的半衰期由數萬年縮短為數百年。

即使 NIF 和 ITER 並未達成自行持續性的核融,如果造出低廉的中子源似乎也很好--把世界現存的核彈頭拆分開來,用中子源「烤一烤」,數個階段【活化】後可以變成活躍、半衰期短的同位素,用來作核電池、醫用同位素等。

(我這樣想怪怪的,其實早在商轉的核裂變本身作中子源不是更低廉嗎)


中子源

3種:核聚變、核裂變、核散裂(spallation)

http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_source
http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_research_facility
http://en.wikipedia.org/wiki/Spallation#Nuclear_spallation

廣東東莞正在建散裂式中子源,預計2018年完工 []

散裂中子是說,大型原子核如鉛、鈾,只要用夠高能量的粒子去撞他,就能把中子從原子核裡彈出來--例如窮人的加速器:宇宙伽瑪射線(當光子能量夠高,行為更像粒子),或者加速器發射的強力質子束。

夠亮(通量夠高)的中子源,除了用於核工程(產生同位素,例如醫療用的鎝-m99 [→Nature][→中文導讀])之外,對於一般材料科學也很有用(中子穿透力強,可用於探勘物質內部分子的排列狀態:稱為中子散射譜[→en:wiki]),此外中子在考古與精密科學鑑定也是好幫手(中子可以把一般元素「烤」成放射性同位素,於是會有特徵的放射性光譜,是非常敏銳的鑑定方法,稱為中子活化分析[→en:wiki])

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