2018-11-06 07:06:01
更快更便宜的融合能量之路

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科学家们正在努力大幅加快聚变能的发展,努力尽快为电网提供电力,以帮助减轻气候变化的影响。突破性的技术 - 高温超导体的出现,可以用来制造磁铁,产生比以前更强的磁场 - 可以帮助他们实现这一目标。研究人员计划利用这项技术以融合所需的规模制造磁铁,然后构建世界上第一个产生净能量增益的聚变实验。

这项工作是麻省理工学院等离子体科学与融合中心和英联邦融合系统之间的合作,他们将在俄勒冈州波特兰市的美国物理学会等离子物理学会会议上展示他们的工作。

当小原子的原子核在释放大量能量的过程中结合成较大原子核时,会产生聚变能。这些原子核,通常是较重的氢的表兄弟,称为氘和氚,带正电,因此感觉强烈的排斥力只能在数亿度的温度下克服。虽然这些温度以及聚变反应可以在现代聚变实验中产生,但是尚未实现净能量增益所需的条件。

对此的一个潜在解决方案可以是增加磁体的强度。聚变装置中的磁场用于保持这些热电离气体(称为等离子体),隔离并与普通物质隔离。随着磁场变强,这种绝缘的质量变得更加有效,这意味着需要更少的空间来保持等离子热。将融合设备中的磁场加倍可以减少其体积 - 这是设备成本降低8倍的良好指标,同时实现相同的性能。因此,更强的磁场使得融合更小,更快和更便宜。

超导技术的突破可以使聚变发电厂取得成果。超导体是允许电流通过它们而不会损失能量的材料,但是这样做它们必须非常冷。然而,新的超导化合物可以在比常规超导体高得多的温度下操作。对于聚变而言,这些超导体即使置于非常强的磁场中也能发挥作用。

虽然最初的形式不适用于制造磁铁,但研究人员现在已经找到了以“磁带”或“带状”的形式制造高温超导体的方法,这种方法使磁铁具有前所未有的性能。这些磁铁的设计不适用于熔接机,因为它们太小。在建造称为SPARC的新型聚变装置之前,必须将新的超导体结合到融合所需的大型强磁体中。

一旦磁体开发成功,下一步将是构建和操作SPARC融合实验。 SPARC将是一种托卡马克聚变装置,一种类似于已经运行的许多机器的磁约束配置(图1)。

作为一项类似于莱特兄弟在小鹰的第一次飞行的成就,展示了净能量增益,60多年的聚变研究目标,足以将聚变融入国家能源计划并开展商业开发。目标是让SPARC在2025年前投入运营。

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