在几种主要的无中子聚变反应中 ， 氦-3在地球上的自然含量非常少 ， 以氘和锂作为燃料的核聚变反应本身虽然不产生中子 ， 但次级反应往往会产生一定量的中子 ， 而对于氢硼聚变反应 ， 只要能够将氢原子核的能量控制在3 MeV以下 ， 反应过程中就不会产生中子 。 [3]因此 ， 氢硼聚变成了许多研究关注的焦点 ， HB11能源公司专注研发的正是这一反应机制的相关技术 。
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激光技术前沿发展带来的突破
目前一系列正在推进中的大项目 ， 包括马克斯·普朗克等离子体物理研究所建造的实验性仿星器*受控核聚变装置Wendelstein 7-X ， 使用托克马克磁约束系统的国际（涉及35个国家）热核聚变实验堆（ITER）项目 ， 大多是利用氘氚聚变机制 ， 通常需要达到1500万摄氏度这样的高温 。 我们知道 ， 太阳表面的温度也才只有大约5500摄氏度 ， 只有在太阳的核心部分 ， 温度才能达到1500万摄氏度 。
*仿星器：模拟恒星内部持续的热核聚变反应的实验装置 。
面对如此极端的高温条件 ， HB11能源公司试图另辟蹊径 。 一方面 ， 他们彻底放弃使用像氚这样稀少、具有放射性且难以处理的核燃料 ， 转而使用来源充沛的氢和硼-11元素；另一方面 ， 他们利用一些最为先进又极为特殊和非常精准的激光技术来点燃核聚变反应 ， 希望能够避免对不可思议的高温条件的依赖 。
氢硼核聚变实验的装置是一个几近中空的金属球 ， 中心放置着一个HB11燃料球 ， 在不同侧为两束激光留出了小孔 。 其中一束激光为等离子体建立约束磁场 ， 另一束激光触发“雪崩式”聚变链式反应 。
实验装置是一个几近中空的金属球 ， 中心放置着HB11燃料球 ， 两束激光同时从不同方向射向燃料球 。 | 图片来源：hb11.energy
这里用到的尖端激光技术依赖于获得了2018年诺贝尔物理学奖的“啁啾脉冲放大”技术 ， 这一技术可以产生飞秒（10-15 s）量级的激光脉冲 ， 能极大地提高激光的功率 。 [4]通过在皮秒（10-12s）的时间间隔内使用功率高达1016瓦的激光脉冲 ， 等离子体燃料可以被加速到107m/s ， 与此同时却不会被加热 。 [3]
氢硼聚变反应会生成大量的α粒子 ， 也就是裸露的氦核 ， 反应产物中没有电子 。 每个α粒子携带两个单位的正电荷 ， 这些粒子高速运动会产生巨大的电流 ， 几乎可以直接导入现有的电网 ， 而不需要热交换器或蒸汽涡轮机等 。 [5]
不同于煤或核裂变反应需要加热水之类的液体产生蒸汽来驱动涡轮发电机 ， 氢硼聚变产生的能量几乎可以直接转化为电能 。 | 图片来源：hb11.energy
Heinrich Hora教授40年来一直致力于这项研究 ， 他说 ， 功率达1016瓦的激光脉冲是一项全新的技术 ， 这项技术使得即使没有百万摄氏度的高温 ， 也可以创造出核聚变的条件 。 事实上 ， 激光触发的链式反应速率比通常预测的要高10亿倍 ， 甚至比氘氚聚变还高 。 这种雪崩式的链式反应是目标得以实现的关键步骤 ， 它使得能够从反应中获得的能量远远多于投入的能量 。 这些不同寻常的早期结果使HB11能源公司相信 ， 他们有“很大的机会可以领先于其他团队 ， 提前实现净的能源收益的目标” 。
HB11能源公司的常务董事Warren McKenzie博士解释说 ， 许多核聚变实验都是用激光将燃料加热到极端高温 ， 但HB11公司的方法则具有根本的不同 。 他们是用激光通过非线性力大规模地加速氢原子核 ， 使之穿过硼样品 ， 这就像是用氢作为标枪 ， 希望击中硼原子 ， 如果击中一个 ， 就可以启动聚变反应 。 从物理学角度看来 ， 温度与原子运动的速度相关 ， 利用高温来实现聚变本质上相当于希望随机运动的原子能够彼此碰撞 。 与之相比 ， HB11公司的方法要精确得多 。 McKenzie博士说：“我们并没有试图把燃料加热到不可思议的高温 ， 而是回避了半个多世纪以来一直阻碍聚变能发展的所有科学挑战 。 这意味着我们的开发路径将比任何其他的聚变方法都要快得多 ， 也便宜得多 。 ”
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