核聚變能源有望在2030年之前實現

2018年07月03日     240     檢舉

一家私人核聚變公司在一個新反應堆中首次將氫的等離子體加熱到2700萬華氏度(1500萬攝氏度)——比太陽的核心溫度還要高。英國托卡馬克能源公司表示,等離子體測試是世界上第一個用核聚變能源生產商業電力的里程碑,可能在2030年實現。該公司以真空室命名,在強大的磁場中包含聚變反應。6月初該公司宣布在實驗ST40聚變反應堆中製造超高溫等離子體。這次成功的測試——托卡馬克能源公司迄今為止獲得的最高等離子溫度——意味著該反應堆將於明年準備進行一次更熱的等離子體測試,溫度超過1.8億華氏度(1億攝氏度)。

博科園-科學科普:這將使ST40反應堆達到可控核聚變所需的工作溫度,該公司計劃到2025年再建一座反應堆,將產生數兆瓦的核聚變能量。托卡馬克能源公司的聯合創始人大衛·金厄姆在接受Live Science採訪時說:這真是太令人興奮了。很高興看到數據通過,能夠得到高溫等離子體——這可能超出了我們的預期,科學事實還是虛構?10個科幻概念的合理性。托卡馬克能源公司(Tokamak Energy)是數家私人資助的公司之一,這些公司都在競相開發一種能夠為電網供電的聚變反應堆,這可能比法國的ITER聚變反應堆項目甚至有望實現其「第一個等離子體」要早幾年。再過十年,實驗的ITER反應堆才會準備好進行持續的核聚變——即便如此,這個反應也不會被用來發電。

引人注目

氫與重元素氦的核聚變是使我們的太陽和其他恆星持續燃燒數十億年的主要核反應——這就是為什麼聚變反應堆有時被比作「瓶中的恆星」。核聚變也發生在威力強大的熱核武器中,也被稱為氫彈,在這種武器中,鈽裂變裝置將氫加熱到聚變溫度,產生的爆炸威力是核裂變炸彈的數十萬倍。像ITER和Tokamak能源反應堆這樣的地球受控核聚變項目也將聚變氫燃料,但在比太陽內部更高的溫度和更低的壓力下。核聚變的支持者說,它可以通過從相對少量的重氫同位素氘和氚中產生大量電能,從而淘汰許多其他類型的發電。重氫同位素氘和氚在普通海水中相對豐富。氘會產生十億瓦特的電力,持續一年,而反應堆里的重氫燃料在任何時候都只有幾克。

根據美國能源情報署(US energy Information Administration)的數據,這足夠為超過70萬美國家庭供電。現有的核裂變電站在不產生溫室氣體排放的情況下發電,但它們的燃料是鈾和鈽等放射性重元素,產生的高放射性廢物必須仔細處理和儲存。從理論上講,聚變反應堆產生的放射性廢料可能比裂變反應堆少得多,而它們相對較小的燃料需求意味著,像車諾比災難或福島核事故這樣的核熔毀是不可能的。然而,曾在普林斯頓等離子物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory)擔任物理學家的經驗豐富的核聚變研究人員丹尼爾·賈斯比(Daniel Jassby)警告稱,ITER和其他核聚變反應堆仍將產生大量放射性廢物。

核聚變之路

托卡馬克能源公司計劃建造的ST40反應堆和未來的反應堆採用了緊湊的球形托卡馬克設計,它的真空室幾乎是圓形的,而不是ITER反應堆使用的更寬的甜甜圈形狀。一個關鍵的進展是使用高溫超導磁體來產生強大的磁場,以防止過熱的等離子體破壞反應堆壁。托卡馬克能源反應堆周圍7英尺高(2.1米)的電磁鐵被液氦冷卻到零下423.67華氏度(零下253.15攝氏度)。先進的磁性材料的使用使托卡馬克能源反應堆比ITER反應堆的設計有了顯著的優勢,該反應堆將使用耗電的電磁鐵冷卻到絕對零度以上幾度。

其他投資資助的核聚變項目包括正在開發的基於英國哥倫比亞的通用聚變反應堆,以及位於加州的TAE技術。總部位於華盛頓的Agni Energy公司本周早些時候報道稱,該公司在控制核聚變方面取得了早期實驗的成功,採用了一種不同的方法,被稱為「波束目標核聚變」(beam-target fusion)。一個最先進的私人資助核聚變項目是由美國開發的緻密聚變反應堆。美國國防和航天巨頭洛克希德·馬丁公司在加州的臭鼬工廠工程部工作。一個100兆瓦的聚變反應堆可以為10萬戶家庭供電,它的體積可以小到可以裝上卡車拖車,可以開到任何需要的地方。