核聚变会比我们想象的更近吗?

由Chris Warrick于2019年3月11日发布

想象发电的方式,是游离碳;对于数以百万计从只有几百公斤,年燃料的家园产生电力;其中燃料为海水和叶没有可用的长寿命放射性废物的遗产。似乎有些牵强,并出一个科幻小说的页直的?那么,它可能是拉近了许多比你想象 - 这是核聚变的承诺。

如果你想现在就看到核聚变,只要在晚上抬头看星星就行了。我们自己的太阳和天空中所有的星星都是由氢核的聚变(或粘在一起)提供能量的——形成更大的核,并在此过程中释放能量。

几十年来,全世界都在努力研究如何利用地球上核聚变产生的能量来发电……但这并不容易。只有当氢燃料的气体(在我们的例子中,氢的重同位素氘和氚)被加热到超过1亿摄氏度时,聚变才会发生。这听起来似乎不太可能,但一种叫做托卡马克的装置,利用强大的磁场成功地将燃料的热气体(或等离子体)限制在反应室壁上,已经成功地将燃料限制在这些极端温度下。

世界上最重要的核聚变研究实验室位于牛津郡南部宁静的乡村英国原子能管理局的卡拉姆科学中心。卡拉姆是家飞机- -欧洲联合托卡马克UKAEA代表欧洲核聚变研究人员。飞机保持着核聚变发电的世界纪录——16MW;现在的诀窍是开发出能产生比实际使用更多能量的机器;持续而可靠的。只有这样,聚变才能产生使水壶沸腾的电力。

实现这个目标的下一步是ITER-国际的继承者飞机目前正在法国Cadarache建设中。在本世纪30年代初全面运行时,ITER将生产500MW核聚变能量(加热燃料所需能量的10倍)一次持续数小时。但是要使核聚变在商业上可行,几个关键的技术挑战仍然存在,包括:设计远程处理系统来承担托卡马克飞船内外的维护;测试在未来聚变电厂的恶劣环境下结构坚固的材料,以及储存和繁殖放射性氚燃料。UKAEA正在与核聚变社区、工业界和学术界的其他成员紧密合作,为这些问题开发新颖的、创新的解决方案。

也许最大的这些挑战是找到一种方法,以消除或等离子排出多余的热量。组件称为“偏滤器”已经开发了飞机和其他许多托卡马克全球范围内做到这一点,但材料表面上的功率负载激烈;相当于一个飞船的动力负载重新进入地球大气层,并要求更换在未来电站每隔几年偏滤器。

英国的MAST升级试验——将于2019年开始运行——将测试一种新型的分流器。在前任成功的基础上MAST,这是一个紧凑的托卡马克与分流设计,以控制燃料的热气体进一步扩大权力在更广泛的地区。预测显示,发动机的总功率负荷可以降低10倍——从返回式宇宙飞船的功率负荷降低到现代汽车发动机的功率负荷。这种技术上的创新魔法可能看起来晦涩难懂——但如果未来的电站的分流器每隔几十年而不是几年更换一次,这可能会成为未来聚变电站的经济真正的游戏规则改变者。

长远来看,MAST升级测试紧凑托卡马克的体积更小,更便宜的动力设计的可行性 - 和固井在开发这一变革性能源技术在英国的世界领先地位。

随着建设ITER并且在解决技术难题的进步,融合目前正进入交付时代,MAST升级将作出重大贡献。作为核聚变研究的奠基人之一,Lev Artsimovich说当社会需要时,融合就会准备好。嗯,社会很快就需要它——而且MAST升级正在为实现这一目标发挥作用。

作者

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名称: 克里斯·沃里克
组织: 卡尔姆聚变能源中心(CCFE)