去年12月的時(shí)候,美國(guó)能源部曾經(jīng)宣布了一項(xiàng)極具突破性的實(shí)驗(yàn)成果:加州勞倫斯利佛摩國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)科學(xué)家采用“慣性約束聚變”方法,在核聚變實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)“聚變點(diǎn)火”,并且首次獲得了“能量?jī)粼鲆妗保∟et Energy Gain)。
什么是“凈增益”?說(shuō)得通俗一點(diǎn),就是通過(guò)核聚變反應(yīng)“制造更多的能量”。
▲ 核聚變反應(yīng)原理圖,紅色為質(zhì)子,藍(lán)色為中子
在追求無(wú)限的“零碳能源”方面,美國(guó)的這項(xiàng)技術(shù)突破無(wú)疑具有“從0到1”的重大意義。媒體是這樣描述當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景的:
“192束高能激光同時(shí)射向一個(gè)裝有微小膠囊的圓柱體,爆發(fā)出巨大的溫度和壓力?!?/p>
當(dāng)時(shí)咱們國(guó)內(nèi)的一些專業(yè)媒體也有過(guò)相關(guān)的報(bào)道,其中也不乏一些爭(zhēng)議,如192臺(tái)激光器耗能巨大、磁約束是否優(yōu)于慣性約束等等,有興趣的伙伴可以自行搜索。
盡管存在爭(zhēng)議,但此次事件依舊在業(yè)界引起了高度關(guān)注。近日媒體在重提該實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,著重講了那一顆顆至關(guān)重要的、用CVD金剛石制造的“燃料膠囊”。
▲ 左:“膠囊”放大圖;右:部分“膠囊”和火柴頭的大小對(duì)比
圖源:Diamond Materials
這些“膠囊”是用來(lái)容納氘和氚(核聚變“燃料”)的容器,它們是一些“只有胡椒大小”、表面光滑、純度極高的CVD金剛石顆粒。然而人們?cè)谥谱鬟^(guò)程中發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題:無(wú)論怎么拋光打磨,膠囊表面在微觀上依然凹凸不平。
于是,經(jīng)過(guò)很多次的嘗試后,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)類似“上釉”的方式加一個(gè)金剛石“涂層”,從而實(shí)現(xiàn)他們需要的“干凈鏡面”。
從事“膠囊”制作的,是一家名為 Diamond Materials 的德國(guó)金剛石材料企業(yè)。
這家公司位于德國(guó)西南邊陲的Freiburg(弗萊堡),專業(yè)制作各種高純度、高精度的CVD金剛石產(chǎn)品,包括晶圓、金剛石膜、金剛石膠囊等等。我們?cè)?018年有關(guān)核聚變反應(yīng)的相關(guān)報(bào)道中曾經(jīng)找到過(guò)關(guān)于這家公司的簡(jiǎn)介,有興趣的伙伴可以登陸他們的官方網(wǎng)站做進(jìn)一步的了解。
據(jù)近期媒體的報(bào)道,用于此次核聚變實(shí)驗(yàn)的每批“膠囊”大約20~40粒,制作時(shí)間為兩個(gè)月左右。
還有一個(gè)問(wèn)題:為什么要用金剛石做“膠囊”?
根據(jù)我們有限的理解,這似乎和金剛石的彈性表現(xiàn)相關(guān)。采用金剛石作為“膠囊”材料,堅(jiān)硬且不會(huì)產(chǎn)生激光印記,可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的壓縮,有助于聚變?nèi)剂系母咝Ъ訜?,從而加速核聚變反?yīng)。在一個(gè)名為 sciencedirect 的專業(yè)網(wǎng)站上,只要輸入關(guān)鍵詞“diamond, nuclear fusion”就能找到很多資料,此處不做贅述。
我們撰寫(xiě)本文,并非為了跨行業(yè)探討核聚變能源的問(wèn)題,而是希望諸位業(yè)內(nèi)伙伴理解,除了耳熟能詳?shù)南M(fèi)市場(chǎng)之外,鉆石/金剛石正在多個(gè)對(duì)人類進(jìn)步有促進(jìn)作用的領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。相信我國(guó)的相關(guān)企業(yè)早已了解金剛石在前沿科技應(yīng)用中的長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值。我們期待看到更多的中國(guó)公司參與其中,共同推動(dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步。未來(lái)可能不會(huì)太遙遠(yuǎn)。