我们什么时候可以期待核聚变?

www.witata.com | 01/13/2023 08:41 | 来源: newsweek.com | 已有(0)点评| |


核聚变是科学中最热门的新能源——毫不夸张地说。

聚变能领域取得了里程碑式的突破,使我们比以往更接近仅以氢为燃料发电的可能性。虽然这项技术距离广泛应用还有很多年,但希望到 2027 年一些核聚变反应堆将全面投入运行。

 

核聚变是为我们的太阳和宇宙中的其他恒星提供能量的过程,当两个原子(通常是氢)碰撞并融合,形成另一种元素时就会发生核聚变。在我们太阳的核心,氢离子需要至少 2700 万华氏度的温度才能达到足够高的能级以聚变形成氦。

 

这是因为需要大量的能量来确保它们的原子核中带正电的质子不会像磁铁末端那样相互排斥,而是聚集在一起并结合。

 

这一过程继续释放出巨大的能量,我们希望有一天能够充分利用并利用这些能量来发电。

核聚变的可行性如何?

 

虽然我们距离利用核聚变为我们的城市提供动力还有很长的路要走,但近年来在实现和维持核聚变方面已经取得了重大突破

去年年底,加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置 (NIF) 的科学家宣布,他们首次从核聚变中获得了净能量增益。这实质上意味着聚变产生的能量多于最初投入反应的能量

但是,尚未创建商业聚变反应堆。这是因为在这些实验中产生的能量比发射激光所需的能量要小得多,牛津大学物理学教授 Gianluca Gregori 告诉新闻周刊上个月,NIF 已经证明聚变反应可以产生比用于激发该过程的激光能量更多的能量。这非常重要,因为它证明了这个想法是合理的,当然,可以为电网带来正能量增益(也就是说,考虑到运行激光器所需的电力)你需要一个更高效的过程。

使用聚变产生核能的现状如何?


许多国家都有科学家团队致力于完善聚变能力。

“[] NIF 在美国,[] 有一种类似的激光器在法国运行。它被称为激光兆焦耳 (LMJ),格雷戈里说。它还没有达到像在 NIF 上那样进行点火实验的阶段,但它正在到达那个阶段。许多其他国家(英国、欧盟以及日本、俄罗斯和中国)拥有更小的激光系统。我相信中国可能在建造可与 NIF LMJ 相媲美的大型激光器的过程中,但我不确定该项目的状态。

维也纳科技大学应用物理研究所所长弗里德里希·奥迈尔 (Friedrich Aumayr) 告诉《新闻周刊》:这些进步让我们在探索这种新能源的道路上更近了一步。” “商业利益也迅速增加,聚变可以为世界未来的低碳能源供应做出贡献。

为什么此时核聚变还不是一种实用的能源?


在正确使用聚变之前,仍有许多挑战需要克服。其一,需要使用磁铁有效地容纳反应堆内温度极高的氢等离子体。

应用数学和物理学讲师内森·加兰 (Nathan Garland) 说:现阶段我们面临的主要挑战是继续改进我们加热、加压和容纳高温、致密等离子体的方式,这些等离子体会促进聚变反应的发生。在澳大利亚格里菲斯大学,此前告诉新闻周刊

随着我们制造更好的磁铁、更大的激光器、更强的材料来承受容纳这些聚变等离子体所需的巨大温度和能量——想想试图封住太阳的核心——我们将更接近我们产生足够能量的最终目标我们可以利用聚变反应将其转化为适合为我们的电网供电的能源,他说。

研究的主要局限之一也是成本。

如今,与它提供的能量相比,建造这些设施的成本以及运行这些设施的成本过高,格雷戈里说。这并不意味着它在未来的某个时间 [not] 是不可能的。前段时间一位同事举的一个例子如下 - 想想莱特兄弟制造的第一架飞机。他们绝对不是最经济的方式运送乘客 - 但他们可以证明飞行的原理。现代(商业)飞机与那些飞机有很大不同,就像未来的核聚变工厂将与目前的 NIF 不同一样。

我们多久才能拥有聚变能?


“[最先进的聚变反应堆]目前是 JET [在英国]Aumayr 说。但下一个名为 ITER 的机器的 80% [已经] 已经完成,预计将于 2027 年左右开始运行。国际 ITER 聚变装置计划成为第一个展示比加热所需的更多聚变输出的磁聚变装置燃料:输出 500 兆瓦的热量,输入 50 兆瓦的热量,维持 15 分钟或更长时间。

最先进的实验接近于从聚变中产生净能量的边缘。对于发电厂来说,这还不够,但需要增加,Aumayr 说。但我们正在不断学习更多,我相信在本世纪下半叶,我们的电网将拥有大量可用的聚变能源。

虽然核聚变被用作近乎无限、无污染的能源的美好日子还很遥远,但全球科学家正在不懈努力,将这一科幻技术变为现实。

正如诺贝尔物理学奖获得者(也是量子力学之父之一)尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)曾经说过的那样,预测非常困难,尤其是当它涉及未来时格雷戈里说。随着私营公司对聚变能越来越感兴趣,进展可能呈指数级增长,商业聚变厂可能比预期更早成为现实。

关键词: 美国、核聚变、燃料、能源部
已有(0)条评论

过去24小时新闻

过去24小时与48小时之间新闻

热门专题链接