技术竞赛提速 核聚变有望10年内成新能源
2014-10-24 10:57:29   来源：第一财经网   评论：0 点击：

    商业内幕网站（Business Insider）报道，许多公司在用核聚变能替代其他能源这个课题上研究了几十年，目前，美国、欧洲、俄罗斯和日本都在以一种原子聚变产生巨大的能量——核聚变能来替代其他能源，其产生的能量强于燃煤的1万倍。但在真正掌握这一能源的“必杀技”之前仍有许多障碍需要克服。

    核聚变能有着零温室气体排放以及无核污染残留的优势，但其需要大量的能源来制造，多数研究机构在创造核聚变条件上的能源投入远大于核聚变产生的能源。通常理想的状态是：核聚 变能产生大于前期投入的能量并将其转化为电能。即便核聚变产生的能量与其消耗的能量持平，也远未能达到理想状态。

    核聚变能不再遥远

    洛克希德-马丁公司（下称“洛-马公司”）10月15日宣布，他们将让世界更近距离接触核聚变能源。他们所用的新方法产生的一个真正可运营的核聚变反应堆有望在10年内诞生。不仅洛-马公司在研究这一课题，其他的实验室也在跟进。

    事实上，多种方法可以发生核反应。这里介绍的两种方法是采用激光和磁铁技术。激光核聚变能将氢原子挤压在一起，一旦氢原子相互碰撞产生聚变，则产生氦——该过程与发生在太阳中心的核聚变同理。

    核聚变的另一种形式是使用强大磁场约束下的热等离子体技术。通常当等离子体中的原子们重新组合时，它们便会释放出核聚变能。该类型的核反应产生于称为托卡马克装置的大型安全壳中。

    以下介绍国际上其他一些正在研发可利用核聚变技术的实验室及其技术路线。

    劳伦斯·利弗莫尔国家实验室：步步为营

    劳伦斯·利弗莫尔国家实验室位于加州利弗莫尔，美国国家点火装置（NIF）（即激光聚变装置）由该实验室研制，并有着世界上最强大的激光。去年，该实验室提升了激光核聚变的研究结果，成为世界上首个使核聚变反应产生的能量大于研究者们在核聚变反应前投入的能量。

    劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的最新成就之一是去年2月，他们提取的核聚变能量比过去的结果提高了10倍，并在《自然》杂志上发表了这一研究成果。

    为取得这一结果，他们采用了一个所谓的“步步为营法”来解决该问题：即将核聚变生成的一些残余粒子的能量重新投入到整个供给燃料中，而不是让粒子能量散逸。

    “在我们真正完成这个项目之前，我们有更多的工作及物理问题待做。”论文的主要作者奥玛·哈瑞肯在实验室发布的一份声明中说，“我们的团队正努力迎接各种挑战，这也是一个科学团队繁荣的原因。”

    普林斯顿等离子体物理实验室：大规模模拟

    去年3月，位于新泽西州米德尔塞克斯县的普林斯顿等离子体物理实验室的研究人员在核聚变反应装置内进行了大规模核聚变模拟。他们使用核聚变反应装置的超级计算机推演核聚变反应中能量提取的过程。在处理完的数据中，研究人员发现了一个令人振奋的结果。

    在地球上产生核聚变反应的一种方式是创建一个热等离子体。当原子在热等离子体中产生聚变时，能量来源于核聚变。然而，这种方法存在的问题是当等离子体通过湍流时会造成能量散失。普林斯顿等离子体物理实验室科学家们发现实际上这种能量损失实际上低于预期。

    “理解并可控底层物理过程是实现核聚变能效率的关键，并以此来确保未来核聚变反应堆的实用性。” 普林斯顿等离子体物理实验室物理学家William Tang在发表的一份声明中说。他们希望目前的工作能帮助磁场约束聚变能源系统的发展，特别是法国的国际热核实验反应堆中的托卡马克装置。一旦核聚变反应堆完成，这将是世界上最大的托卡马克装置系统。

    华盛顿大学：设计新型模型

    本月早些时候，华盛顿大学的研究人员宣布，他们设计出一种新型核聚变反应堆模型，当将其升级到一座大型发电厂大小时，成本比能提供同样电力产出的燃煤发电厂还低。该模型设计类似于洛-马公司，即使用一个热等离子体产生核聚变反应的条件。

    如果他们最终开发设计一个可操作的核聚变反应堆估计将耗资27亿美元以产生10亿瓦的能量，而燃煤电厂是耗资28亿美元产生相同的能量。
 

    相比其他聚变反应堆，是什么使得他们的设计要便宜许多，并与当前的能源成本比起来更有竞争力？原因在于他们的安全壳的形状。传统的托卡马克形状像一个镂空的甜甜圈，威斯康辛大学团队建议这个形状类似于烟圈样的东西称为球形马克。

    威斯康辛大学航空航天学教授托马斯·亚伯在一份大学发布的声明中称，“目前，我们最新设计出的核反应堆有望产生经济可行的核聚变能。”10月17日，他们将在国际原子能机构的聚变能源会议上展示具体设计细节。