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核商业化离世界又近了一步

2021-04-13 13:48:09 八卦能源君   作者: 能源君  

国际热核实验堆(ITER)是世界上最大的核聚变实验。

这个大型项目是一个由七个成员国资助和管理的合作项目:欧盟、中国、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国,英国和瑞士通过欧洲原子能共同体(Euratom)参与其中,这是一个庞大的成员阵容,总共代表35个国家,占世界的一半全世界的公民,以及高达85%的全球GDP。

该项目涉及去年开始建设的大规模托卡马克装置,占地42公顷,位于法国南部的圣保罗莱兹杜兰斯,大约有60个足球场那么大。这个庞大的大型项目被认为是人类实现商业化核聚变的最佳途径之一。虽然核聚变以前已经实现过,但它消耗的能量总是远远超过它产生的能量。聚变原子是我们太阳的燃料,其能量是分裂原子的数倍,而分裂原子目前用于核能生产。更重要的是,核聚变可以在不排放任何温室气体或使用任何放射性核燃料的情况下实现,这一过程会产生危险废物,威胁人类健康达数千年之久——更不用说给为核聚变提供资金的纳税人带来巨大的财政压力了。

基于这些原因,核聚变被认为是清洁能源的圣杯。而且,就像圣杯本身一样,商业核聚变已经被证明是不可能实现的,因为它是诱人的。像ITER这样的项目已经投入了数百亿美元到可能改变世界的技术中,但到目前为止,创造净能源被证明是难以捉摸的——直到现在。

而那些刚刚证明他们的核聚变模型可以实现净电力的家伙们,和ITER完全相反。他们的突破表明,核聚变的关键不在于大规模的大型项目,而在于一个小得多的方案。美国加州圣地亚哥通用原子公司(General Atomics)DIII-D国家聚变设施(National Fusion Facility)的研究人员刚刚在《核聚变》(Nuclear Fusion)杂志上发表了一篇论文,文章显示,他们新的“紧凑型核聚变工厂”概念通过使用相对微小、自我维持的核聚变装置,在聚变过程的能源成本降低后,可以实现200兆瓦(MW)的净电量由加压等离子体驱动的托卡马克。

加压等离子体成分是关键。《大众力学》(Popular Mechanics)本周报道,实现高密度等离子体“意味着更多的能量爆炸,减少托卡马克反应堆本身的占地面积,同时增加其相对能量输出”。用科学家自己的话说,“这种基于物理的方法导致了对反应堆优化的新见解和新理解。特别是,高等离子体密度的杠杆作用被确定,它提高了聚变性能和自驱动‘自举电流’,以减少电流驱动需求,并在紧凑的规模下实现净电高压。”

如果一切按计划进行,美国最大的核聚变研究设施DIII-D将是历史上第一个通过聚变产生比聚变过程本身消耗更多能量的聚变电站。很难夸大这一突破的重要性,以及它所代表的巨大飞跃。目前,任何现存的核聚变核电站所能达到的最佳能源产出率仅为能源消耗量的67%。

尽管我们比以往任何时候都更接近商业化核聚变,但我们仍有很长的路要走。DIII-D模型虽然非常有前途,但理论性很强。它不是蓝图,而是未来研究和建模的路线图。虽然传统的托卡马克反应堆产生的净功率仍然是至少9至14年后,加压托卡马克几乎肯定是更进一步。在那之前,很难说哪种形式的核聚变最有效,哪种项目最重要。但无论谁赢得核聚变竞赛,在一个商业化、可扩展、潜在无限清洁能源的场景中,这些都是赢家。




责任编辑: 江晓蓓

标签: 核商业化

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