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美国家点火装置释出能量超过燃料吸收能量标志着核聚变能源研究步入新阶段 科技日报讯 (记者张梦然)核物理学的一项新进展使核聚变能源正在“升温”。2月13日发表在英国《自然》杂志上的论文称,美国国家点火装置的科学家现已通过实验证明,核聚变反应释出的能量比燃料(用于引发核聚变反应)吸收的能量多。这项发现标志着核聚变能源将步入新时代,研究的下一个目标将会是实现“总增益”,即系统产生的能量必须超过进入系统的能量。 惯性约束核聚变是一种产生核聚变能量的方法,其操作原理是把燃料芯块的温度提高,从而引发内爆和燃料压缩。实现受控核聚变条件比较苛刻,输出能量大于输入能量要求密度和约束时间的乘积达到一定要求。 而美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室拥有的世界最大激光器——被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF),其有能力产生类似恒星内核的热与力。尽管设计初衷是用来模拟核爆,属于美国“无爆炸核试验”不可或缺的部分,但该装置自落成起就让世人广泛注意到它更具魅力的一点——实现核能发电。人类能于实验室中获得“取之不尽用之不竭”核聚变能源,这在以前是想都不敢想的事。 相比世界范围其他类似计划,NIF主打的卖点在于其计划成为“第一个突破平衡点”的设施。这个突破平衡点,即指产生的能量大于启动它所需要的能量,也是所谓“能量增益”。这是半个多世纪以来核聚变工作者梦寐以求的目标。 此次通过国家点火装置,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的奥马尔·哈瑞肯教授及其科研团队在惯性约束聚变中成功克服障碍,实现了“燃料增益”。在实验中,他们使用192支激光,替一颗燃料芯块进行加热和压缩直至核聚变反应发生。研究结果表明,核聚变反应产生的能量,大约是以前纪录的10倍。 但论文作者提醒,这次观察到的“燃料增益”,是指核聚变能量高于燃料中能量,而不是用于压缩燃料芯块的总能量。 据英国BBC网站此前报道,他们已了解到去年9月下旬该装置通过核聚变反应释出的能量超过了燃料吸收的能量。这是世界第一台能将其得以实现的装置,被认为是最终目标达成前的一个重要里程碑。但当时实验过程中遇到了一些障碍。 总编辑圈点 “能量增益”和“燃料增益”都像是经济学名词,企业经营讲究产出大于投入,实现盈利才能可持续发展,而核聚变研究的核心是能量的投入和产出,实现能量盈利,可控核聚变才能真正成为永久的清洁能源。本试验就像全面亏损的企业实现了个别部门的盈利,虽离总体扭亏为盈还有几十年时间,但的确给我们带来了信心。当然,如同企业实现盈利有多种模式一样,我们除期待NIF的更多好消息,还可对我国参与的国际热核聚变实验堆报以期待。来源:中国科技网-科技日报 2014年02月13日
中国科技网华盛顿5月24日电 在工业界看来,石墨烯太阳能电池是未来获得廉价且耐用太阳能电池的最佳途径之一,但是过去的试验发现,石墨烯太阳能电池的能量转换效率仅约为2.9%。美国佛罗里达大学物理学研究人员24日表示,他们通过对石墨烯材料进行掺杂处理,获得了具有能量转化率高的掺杂石墨烯太阳能电池。 据研究人员介绍,石墨烯材料掺杂处理所用的物质为三氟甲基磺酰胺(简称TFSA),掺杂后的石墨烯太阳能电池的能量转化率高达8.6%,创造了石墨烯太阳能电池能量转换的纪录。他们的研究成果刊登在《纳米通信》网站上。 研究生缪晓常(英译)在分析能量转化率提高的原因时表示,掺杂导致石墨烯薄膜导电能力更强同时提高了电池内的电位,这让石墨烯太阳能电池的光电转换效率更高。同过去人们尝试的掺杂物相比,新的掺杂物TFSA性能稳定,即作用持续时间长。缪晓常和同事在实验室研发的掺杂石墨烯太阳能电池为镶有金边的5毫米见方的小窗,小窗由硅材料表面镀单层石墨烯组成。 石墨烯和硅结合时形成了电子单向导通的肖特基结,在光照时,它是石墨烯太阳能电池中实现光电转换的区域。肖特基结通常由半导体表面镀金属而成,但是佛罗里达大学生物和工程纳米学研究所2011年发现,石墨烯材料能够代替金属与半导体形成肖特基结。 佛罗里达大学著名物理学教授亚瑟·赫巴德说,与普通金属不同,石墨烯是透明和柔性材料,它具有极大的潜力成为太阳能电池的重要组成部分。人们希望在未来,太阳能电池能够用于建筑外部和其他产品中。他同时认为,石墨烯太阳能电池的能量转化率能够通过如此简单且廉价的处理方法得以提高,展现了其光明前景。 研究人员表示,如果石墨烯太阳能电池的能量转化率达到10%,且保持生产成本足够低,那么它们将成为市场上有力的竞争者。 佛罗里达大学目前研发的石墨烯太阳能电池样品的基底是硅半导体材料,用于大规模产品生产并不经济。不过,赫巴德表示,他看好将掺杂石墨烯与更廉价、更具有柔性的基底材料相结合,这些基底材料包括全球众多实验室正在开发的高分子膜。(记者 毛黎) 总编辑圈点 石墨烯及其衍生物的研究已广为人知。本研究通过新的技术工艺,不仅造就了迄今最高效的石墨烯基太阳能电池,也指出了一个重要的研究方向,并描绘了一幅非常诱人的应用前景。我们相信,这只是一个起点,石墨烯很快会成为一种充满无限可能的革命性材料:除了已经在研究中的太阳能电池、超薄防弹衣、天文望远镜、高强度航空材料、高性能储能和传感器材料等,还有更富想象力的太空电梯。当然,前提还是基础研究的进一步深入。 《科技日报》(2012-05-26 一版)
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