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核聚变:未来可替代能源问题的终结者?
2022-06-21

如果人类不能找到可持续使用的替代能源,那么对地球上的很多人来说前景是黯淡的,水和粮食的短缺会导致饥荒和战争。据BBC报道,一些初创企业表示,我们距离用“微型太阳”提供无限电力还有五年时间,这种利用核聚变反应堆的技术可以提供丰富,廉价和清洁的能源。

核聚变一直被认为是解决这个问题的答案。但用业界的一句开玩笑的说法,它总是会在“未来的三十年才实现”。

现在有几家初创公司表示,他们可以很快达成商业现实。

什么是核聚变?

核聚变是原子核合并释放大量能量,它有可能解决我们的能源危机。

这也是太阳提供动力的方式,干净,安全,没有污染排放。

但要使氘和氚发生聚变需极高温度和能量,之前的技术一直难以实现。

要达到“能量增益”,并使获得比投入更多能量,这一直是令人着迷而又难以捉摸的技术难题。

但目前,核聚变的初创企业称,这一现状得到了改善。

加拿大公司General Fusion的首席执行官克里斯托弗・莫里(Christofer Mowry)表示,该公司计划在未来五年内展示商业规模的核聚变。“这是核聚变科学的成熟与21世纪增强技术(如增材制造和高温超导体)出现相结合的时刻。实现核聚变不再需要等30年,”莫利说。

牛津大学肯布尔学院物理学荣誉教授韦德・艾利森(Wade Allison)表示,这一理念背后的科学已得到证实,但挑战则更为实际。

“基础科学已经解决,问题是与材料有关的技术问题,”艾利森教授说。

为什么这么难?

一个主要的挑战是如何建立一个足够强大的构造,来容纳发生核聚变反应的极度高温,极大压力的环境。

英国原子能管理局(UKAEA)首席执行官Ian Chapman教授表示,排气系统将“必须承受与太空船重返轨道所经历的热量和动力水平相似的水平”。

还需要机器人维护系统,以及用于产生,回收和储存燃料的系统。

目前有什么改变?

一些私营能源公司认为,他们正在通过使用新材料和新技术更快地克服这些实际挑战。

总部位于牛津郡的托卡马克能源公司正致力于研究球形托卡马克(一种利用磁约束来实现磁约束聚变的环性容器),它们使用高温超导体(HTS)在非常强的磁场中容纳等离子体。

球形托卡马克是一种效率更高的构造,可以大大提高其紧凑性和效率。它更小,更灵活,而且构建成本也更低。

到目前为止,该公司已经建造了三个托卡马克。其中第三个是ST40,由30毫米不锈钢和HTS磁铁制成。今年6月它的等离子体温度超过了1500万摄氏度,比太阳的核心温度更高。

该公司希望在明年夏天达到1亿摄氏度,而中国科学家本月已宣布取得的这样的成就。

该公司希望到2022年能够获得能量增益,并在2030年之前为电网供电。

与此同时,在美国麻省理工学院正在与新成立的英联邦融合系统(CFS)合作开发Sparc,这是一种环形托卡马克,其磁场约束着热等离子体。

它由盖茨、贝索斯、布隆伯格和其他亿万富翁领导的基金Breakthrough Energy Ventures提供资金,该团队希望开发小到足以在工厂内建造并运送到现场组装的聚变反应堆。

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