新技术能破解核聚变能源的秘密吗?

新技术能破解核聚变能源的秘密吗?

在物理世界中持续的笑话是,在过去的八十年中,商业上可行的聚变能量已经快要实用化—最多再过30年。现在,总部位于华盛顿的新创公司Agni Energy Inc.已经制定了一个聚变反应堆计划,该反应堆可能比"刚刚起步"更近。

现有的核反应堆使用一种称为裂变的过程,通过破碎原子来释放能量。但是裂变产生了必须收集和储存的放射性副产物。与裂变相反的融合意味着将原子融合在一起。

融合反应堆将原子撞击在一起,从而释放能量。但是科学家还没有能够创造出一个有用的聚变反应堆 - 一个比裂变释放更多能量的反应堆。如果科学家能够达到聚变能的"视界",那么这些反应堆将产生比裂变更多的能量,而没有有害的副产物。毕竟,这个过程就是太阳释放能量的过程。

大多数聚变反应堆使用以下两种方法之一:它们使用激光或离子束将等离子体(含有离子的气体)加热到极端温度,或者用磁铁将等离子体挤压到非常高的密度。

但是这两种方法都充满了问题。激光束需要为系统提供大量能量,Agni Energy Inc.的首席科学官Demitri Hopkins说。借助磁铁,如果激发等离子体,则可能无法保持足够稳定的原子以保存所有能量。

被遗忘的想法

新方法将使用电场和磁场来创建混合融合器件。这种所谓的"束目标融合"不会尝试融合来自一个源的原子;相反,它将一束原子束碰撞向一个固体靶上—从而让来自原子束的原子与来自靶的原子融合。该方法中的离子束由氘或含有一个中子的重氢离子组成,靶由氚离子组成,氚离子是具有两个中子的重氢。霍普金斯称,这种方法使用的氢气是最轻的元素,在核融合过程中,最轻的元素产生最多的能量。

磁透镜稳定和激发离子束中的原子,当离子束撞击固体靶时,两种类型的氢原子合并并释放出高能中子,然后用于加热水或蒸汽涡轮机。霍普金斯说,这种融合还产生了无毒的氦气和一点点原始燃料来源 - 氚,它具有轻微的放射性,但可以重新用作燃料。

霍普金斯说,这种射束到目标的融合思想最早在20世纪30年代提出并被认为是"不可行的",因为它使用的能量比它产生的要多。霍普金斯说:"这最初被当作聚变能量的一种途径,因为它散射掉了大量的能量[这是不可用的],它在撞击目标时散射得太多了。"这样失去了太多的能量,这就是[这个想法]的结局。"

散射较少

然而,新方法背后的团队表示,通过修正自旋极化—或者自旋的方向(一个基本概念,指的是粒子旋转的方向),它可以调整靶和束流中的原子。霍普金斯说,通过倾斜旋转角度,研究人员可以克服所谓的库仑阻挡层,或克服过于接近原子的力。这最小化了原子散射的程度,增加了收集的能量。

霍普金斯和同伴高中的学生Forrest Betton和Eric Thomas在2011年设计了一个小型台式机,并发现自旋极化将能量效率提高了两个数量级。

然而,并不是每个人都相信这个计划将超越目前的模式。

"虽然这样的系统可以实现低水平的聚变反应......因为相当重要的原因,获取比你投入的能量更多的能量是无望的,"在田纳西州橡树岭国家实验室从事聚变反应的等离子物理学家Donald Spong说。

这是因为散射可能会太高,Spong说,他没有参与Agni的研究。

即使自旋极化的外来状态减少了散射,"人们将不得不评估产生所谓的外来状态所需的能量是否能够通过声称反应效率的提高来克服,"Spong说。

密歇根大学的核物理学家约翰福斯特并不是该项目的一部分,他认为这不是不可能,但非常棘手。"我不能说永远不会,只是这是相当具有挑战性的,"他说。"实用固体靶,分散效果极为明显。"

但是,"确定了自旋偏振确实提高了效率,"他说。"这个诀窍值得实践中大力推广。"

霍普金斯表示,他乐观地认为,烈火的设计不会长达30年就能实现实用化。霍普金斯说:"过去80年来人们一直在说他们已经接近融合(实际上没有)。""最终,有人会破解它。"

看到哪艘船,如果有的话,会首先抵达地平线,这将是令人兴奋的。


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