預計到2030年,真正商業化的核聚變能源將逐步替代傳統能源

預計到2030年,真正商業化的核聚變能源將逐步替代傳統能源

近期,國外一傢俬人核聚變公司首次在一個新的反應堆裡將氫等離子體加熱到2700萬華氏度(1500萬攝氏度),這已經比太陽的核心溫度還要高!

總部設在英國的託卡馬克能源公司(Tokamak Energy)表示,該公司希望能在2030年前成為世界上第一家利用聚變技術生產商業電力的公司,此次等離子體測試將是這一目標的一個里程碑。

該公司的名稱來源於強大磁場中的聚變反應真空室,他們於6月初宣佈在其實驗的 ST40 聚變反應堆內產生過熱等離子體。

這次成功的測試表明,託卡馬克能源公司已經達到迄今為止最高的等離子體溫度。這意味著,該反應堆將在明年為一個更熱的等離子體 (超過1.8億華氏度/1億攝氏度)的測試做好準備。

如果這一目標實現,ST40 反應堆將處於受控核聚變所需的運行溫度範圍內,具備商業電力生產的基礎。該公司計劃到2025年再建造一座反應堆,生產數兆瓦的核聚變電力。

託卡馬克能源公司是幾家私人投資的能源公司之一,他們都競相開發一種能夠向電網供電的有效的聚變反應堆,最終商業化反應堆的出現可能會比預期的本世紀40年代中期要早很多年。

核心技術 “罐子裡的恆星”

氫與更重元素氦的核聚變是使我們的太陽和其他恆星燃燒數十億年的主要核反應,這就是為什麼聚變反應堆有時被比作 “罐子裡的恆星”。

核聚變也發生在威力強大的熱核武器(也稱為氫彈)中。在這種武器中,氫被鈈裂變裝置加熱到聚變溫度,導致比裂變炸彈威力大幾百倍或數千倍的爆炸。

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法國的ITER核聚變反應堆項目

像ITER(法國的ITER核聚變反應堆項目)和託卡馬克能源反應堆這樣的地面控制的聚變項目也將融合氫燃料,但是會比太陽內核的溫度更高、壓力更低。

核聚變的支持者認為,核聚變可以淘汰使許多其他類型的發電方式,因為核聚變所使用的燃料是用相對較少的重氫同位素氘和氚產生大量電力,而這些同位素在普通海水中儲量豐富。50公斤(110磅)的氚和33公斤(73磅)的氘將在一年內產生1千兆瓦的電力。而且,在一般情況下,反應堆中的重氫燃料僅為幾克。根據美國能源信息管理局的數據,這足以為超過70萬個普通美國家庭提供能源。

現有的核裂變工廠(普通核電廠)能在不產生溫室氣體排放的情況下發電,但它們由鈾和鈈等放射性重元素提供燃料,併產生高放射性廢物,必須加以認真處理和儲存。

理論上講,聚變反應堆產生的放射性廢料要比裂變反應堆要少得多,而它們相對較小的燃料需求意味著,像切爾諾貝利災難或福島事故這樣的核熔燬是不可能發生的。

核聚變發展之路

據稱,託卡馬克能源公司(TokamakEnergy)計劃建造的ST 40反應堆和未來的反應堆將採用緊湊的球形託卡馬克設計,在ITER反應堆中使用幾乎圓形的真空室,而不是更寬的甜甜圈形狀。

一個關鍵的進步是利用高溫超導磁體來產生強大的磁場,以防止過熱的等離子體損壞反應堆的罐壁。託卡馬克能源反應堆周圍7英尺高(2.1米)的電磁鐵被液氦冷卻,在華氏零下423.67度(攝氏零下253.15度)運行。使用先進的磁性材料使託卡馬克能源反應堆比ITER反應堆的設計具有明顯的優勢,後者將使用冷卻到絕對零度以上幾度的耗電電磁鐵。

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TAE Technologies最新的發生器

其他投資資助的聚變項目,包括正在開發的反應堆,還有:

  • 總部設在英屬哥倫比亞的通用聚變公司和總部設在加利福尼亞的TAE技術公司。
  • 一家總部位於華盛頓的公司稱,一種名為“束靶融合”的控制核聚變方法在早期實驗中取得了成功,這種方法被稱為“束靶融合”。
  • 最先進的私人資助的聚變項目之一是由美國國防和航空航天巨頭洛克希德馬丁公司在加州臭鼬工廠工程部開發的小型聚變反應堆。該公司稱,一個100兆瓦的聚變反應堆,能夠為10萬戶家庭供電,可以小到足以裝上卡車拖車,然後被送到需要它的地方。

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