聚變能源

它將解決環境難題,但仍然難以實現

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正如老話所說,實用的聚變反應堆總是“大約20年後”才能實現。如今,這種說法感覺有點樂觀。世界上最大的等離子體聚變研究專案,即位於法國南部的ITER反應堆,最早也要到2026年才能開始聚變實驗。工程師們至少需要對ITER進行十年的測試,才能準備好設計該專案的後續專案——一個實驗原型,它可以從被困在磁瓶中的聚變等離子體中提取可用能量。科學家們還需要再過一代人的時間才能開始建造向電網輸送能量的反應堆。

與此同時,世界對能源的需求永無止境。“世界各地對能源的需求如此巨大,增長如此迅速,以至於必須採取新的方法,”國家點火裝置(位於加利福尼亞州利弗莫爾的一個主要的聚變測試設施,專注於將雷射束聚焦到小型燃料丸上以引發聚變)主任愛德華·摩西說。

從理論上講,基於聚變的發電廠將提供答案。它們將以普通海水中發現的一種重氫為燃料,並且不會產生有害排放物——沒有煙塵汙染物,沒有核廢料,也沒有溫室氣體。它們將利用太陽內部的力量為地球提供動力。


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然而,在實踐中,聚變可能不會像物理學家們想象的那樣改變世界。觸發和控制自持聚變所需的技術已被證明是難以捉摸的。此外,第一批反應堆幾乎肯定過於昂貴,無法在本世紀廣泛部署。

摩西和其他人認為,利用聚變能的最快途徑是採用混合方法,利用聚變反應來加速核廢料中的裂變反應。在這種被稱為LIFE(雷射慣性聚變引擎的縮寫)的方法中,強大的雷射將其能量聚焦到小型燃料丸上。爆炸會點燃短暫的聚變爆發。來自這些聚變反應的中子向外傳播,並撞擊一層可裂變材料——普通核電站的乏燃料或貧鈾(一種常見的彈藥)。當這些中子撞擊放射性廢物時,它們會觸發額外的衰變,從而產生熱量用於能源生產,並加速材料分解成穩定的產物(從而也解決了核廢料處置問題)。摩西聲稱他可以在2020年之前建造LIFE設計的工程原型,並在2030年之前將一個工作發電廠連線到電網。

換句話說,實用的聚變反應堆距離實現僅“大約20年後”。

邁克爾·莫耶是《大眾科學》負責物理和太空報道的編輯。此前,他曾在《大眾科學》雜誌工作八年,擔任文章編輯。他的文章《通往第十維度的旅程》榮獲2005年美國物理學會科學寫作獎,並曾在美國哥倫比亞廣播公司、美國廣播公司、有線電視新聞網、福克斯新聞和探索頻道露面。他曾在加州大學伯克利分校和哥倫比亞大學學習物理學。

更多作者:邁克爾·莫耶
大眾科學 Magazine Vol 302 Issue 6本文最初以“聚變能源”為標題發表於《大眾科學》雜誌第302卷第6期(),第47頁
doi:10.1038/scientificamerican0610-47
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