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取之不盡的能源十年後到來?首部商用核融合發電主機計畫於 2027 年運轉  

2017-01-26 10:12:36|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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圖片來源:Tri Alpha http://trialphaenergy.com
        一家名為 Tri Alpha Energy(以下簡稱 TAE)的美國公司剛剛獲得了 5 億美元的融資,將用來開發可以商用的核融合技術,以徹底取代石化能源。由於核融合燃料可來源於海水,所以核融合的燃料幾乎是取之不盡。但是相比於現今採用的核分裂技術,要真正實現核融合則要難得多。

核融合,是將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個很輕的核(或粒子)的一種核反應形式。如果要進行核融合反應,首先必須提高物質的溫度,使原子核和電子分開,處於這種狀態的物質稱為「等離子體」。但由於原子核帶正電,彼此間會互相排斥,所以很難使其彼此互相接近。若要克服其相斥的力量,就必須適當地控制等離子體的溫度、密度和維持時間,此三項條件缺一不可。

先前,TAE 的設備能夠讓熱等離子體在攝氏 1,000 萬度的溫度下,穩定地保持 5 毫秒,如今這個數字已經達到了 11.5 毫秒。據了解,當溫度上升到攝氏 1,000 萬度時,氘、氚核的平均飛行速度達到每秒 300 公里,此時等離子體的壓力為 1,000 萬個大氣壓以上。在這種條件下,通過氘和氚核相互碰撞,會有一部分核發生融合反應。

TAE 稱,將使用這筆資金來改進設備,讓熱等離子體在更高的溫度環境下保持更長的穩態時間。他們預測,將在 2027 年推出世界上第一台商用核融合反應爐。

圖片來源:Tri Alpha http://trialphaenergy.com

TAE 研究的是一種特定類型的核融合能源:將氫原子加熱到極高的溫度後(比太陽表面的溫度攝氏 5,500 萬度還要高),會產生由自由電子和帶電離子組成的等離子體。當等離子體中的離子相互碰撞融合時,就會結合成新的原子,並釋放大量的能量。

雖然這是一個相對簡單的概念,但最大的難題是需要將氣體加熱到如此高的溫度。目前,還沒有任何一種材料能夠承受如此高的溫度。

多年來,為了解決這個難題,科學家們提出了兩種主流辦法:一種是慣性約束核融合,縮短引爆的時間;另一種是磁約束核融合,控制引爆的範圍。TAE 選擇使用後者。

圖片來源:Tri Alpha http://trialphaenergy.com

TAE 宣稱自己已經在反應爐的設計上有了突破:讓等離子體在長管型的設備中碰撞來產生熱量。根據《科學》雜誌的報導,這個團隊將磁鐵圍繞在一個雪茄形的裝置上,用來發射不同角度的等離子束。

圖片來源:Tri Alpha http://trialphaenergy.com

在高能粒子束的作用下,使氫原子核硼原子能夠保持在等離子狀態。「這是一個很大的難題,但是他們似乎找到了控制的方法。」TAE 的競爭對手 Energy / Matter Conversion Corporation 告訴《科學》雜誌。

不過,TAE 並未公開更多詳細的訊息。但是《科學》雜誌已經確認,TAE 正在計劃打造一個核融合管道,將能夠達到更高的溫度,並維持更長的時間。

據報導,透過這種方法,科學家們曾將氣體加熱到攝氏 1,000 萬度,並保持 11.5 毫秒,之所以沒有達到更高的溫度,是因為燃料用盡了。

據了解,這個團隊準備利用獲得的 5 億美元來改進現有的設備──C-2U,計劃將其所能達到的溫度提高 10 倍至 1 億攝氏度,這是設計核融合反應爐需要達到的溫度。

目前人類已經可以實現不受控制的核融合,如氫彈的爆炸,但是可控核融合仍然處在實驗階段,要實現真正的商用還有很長的路要走。對於 TAE 能否依靠 5 億美元在 2027 年推出商用的核融合反應爐,這裡要打上一個大大的問號。

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