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劳伦斯利弗莫尔国家实验室使用两种核聚变方法 或将创造大量的清洁能源

2023-03-02 11:46:08  来源:激光网    

  光束提供了2.05兆焦耳的能量,触发了将氢融合成氦气并在此过程中释放出3.15兆焦耳的反应 - 差异略高于百万焦耳或大致相当于手榴弹释放的能量。这是科学家们几十年来一直在追求的成就。这个里程碑被称为净能量增益,证明人类可以释放恒星的力量。但创建一个商业工厂意味着每秒需要产生1倍的能量,普林斯顿等离子体物理实验室主任史蒂文考利说。

  伦斯利弗莫尔实验室使用的激光方法称为惯性约束。产生的反应非常短暂,大约与光传播一英寸所需的时间一样长。为了全天候产生能量,聚变系统需要一遍又一遍地重复,每秒多达10次。

  对于今天可用的系统来说,这是不可能的,忧思科学家联盟的资深科学家迪伦·斯波尔丁(Dylan Spaulding)说,他曾在加州实验室做过研究。利弗莫尔国家点火设施的激光非常强大,每隔几天只能发射一次,因为它会产生高强度的热量,会损坏设备。

  尽管如此,该激光器还是使用可追溯到1980年代的技术制造的,从那时起已经取得了许多进步。斯波尔丁乐观地认为,工程师可以建造一个足够坚固、足够耐用的核聚变系统,以达到核聚变系统所需的水平。

  更大的挑战是燃料颗粒。NIF测试使用了一个充满氘和氚的金刚石球,这两种氢同位素。实验室官员表示,生产这些组件大约需要七个月,然后组装它们大约需要两周时间。他们拒绝为这项工作贴上价格标签,但外部专家估计,他们每个可能要花费几千美元到20万美元。对于每天可能需要喷砂近1000万个颗粒的工厂来说,这太昂贵了

  “磁性方法适合更大的规模,这是商业发电厂所需要的,”突破研究所核能创新主任亚当斯坦说。

  磁铁约束过程需要非常强大,可以控制像太阳一样热的等离子体。目前还没有人在产生正能量所需的极端温度下或长时间内做到这一点,但研究人员正在取得进展。大部分进步都围绕着可追溯到苏联的所谓托卡马克设计。在其中,激光和强大的电磁铁排列在一个超冷的甜甜圈形容器周围,以将加热的等离子体固定到位。

  英联邦聚变系统公司可能已经解决了关键挑战之一,它说这是世界上最强的磁铁。据首席执行官Mumgaard称,它预计将在2026年完成一个使用托卡马克的演示系统,该系统将能够一次容纳长达30秒的加热等离子体,从而产生净能量。他预测,商业版本可能会在本世纪2030年代初准备就绪。

  托卡马克设计也是国际热核实验反应堆(ITER)计划的核心,该计划在法国南部的建设计划耗资超过23亿美元。它被认为是历史上最大的研究项目,被广泛认为是世界上证明大规模销售聚变能是可能的最好的机会。其35个国家的资助者包括中国,欧盟,印度,日本,俄罗斯,韩国和美国,所有国家都可以获得ITER创造的知识产权。

  该项目一直受到意想不到的挑战的困扰。就在研究人员开始整理因大流行而中断的物流时,俄罗斯入侵乌克兰使关键部件的供应复杂化。五月,该项目的长期负责人伯纳德·比戈特去世。然后在12月,在关键部件中发现了裂缝。

  一连串的坏消息意味着ITER的首次聚变演示不会按计划在2025年进行。其新任总干事彼得罗·巴拉巴斯基正在制定新的时间表和预算,预计将于今年年底提交。

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