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MIT探索迷你聚变反应堆技术,15年内或可投入使用

时间:2019-09-06 12:09:28 浏览:

(原标题:A Power Company Just Gave MIT $30 Million to Build the World's Strongest Electromagnet)

麻省理工学院的研究人员已经与一家名为融合系统联盟公司(CFS)的私人企业建立合作关系进行一个快速的研究项目,研究人员称他们的合作能够明显加快聚变技术的研发。研究人员在一份声明中称,这个项目的最终目标是建立一个紧凑型的全功能核反应堆,也就是我们所说的托卡马克装置,这种装置小到能够安装在卡车。

但是研究人员第一步需要建立世界上最强大的超导电磁铁,这是建造聚变反应堆的关键部分。麻省理工学院的研究团队从CFS公司获得了3千万美元的资金,研究团队希望在未来三年内完成项目的第一阶段。麻省理工学院校长L. Rafael Reif称:“超导磁铁技术的进步已经让聚变能有可能为我们所用,这就能够为我们打造一个安全而且无碳的能源未来。”

当两个较轻的原子融合形成一个较重的原子时就会发生聚变反应。由于这个新原子的质量略低于两颗融合原子的质量,根据爱因斯坦的质能守恒定律(E=mc^2),这一融合过程就会以光和热的形式产生大量的能量。恒星内会经常发生这一自然过程。科学家们认为他们能在地球上借助常见的原子再现这一过程,比如说能够从水中提取的重氢原子等。

然而想要借助核聚变反应获得大量的能量,他们首先需要借助超高温将氢气加热到一种等离子体状态,这种状态下它们的电子会被剥离下来。当电子获得自由时,等离子体就会具有导电性而且能够借助磁场进行操控。

当然需要警惕的是,那种高温下的等离子体能够快速烧毁任何接触到的容器。这也是为何要采用超导磁铁的原因。借助强大的磁场,研究人员们能够操控等离子体不让其接触反应堆容器壁。

研究人员称,在未来3年时间里,麻省理工学院计划打造一种新的电磁铁,它的强度将是之前实验所使用电磁铁强度的3倍。这种磁铁将由一种名为钇钡铜氧化物的新超导材料制成。研究人员将把这种磁铁安装在一个被称为“Sparc”的反应堆原型中,研究人员认为这个原型反应堆足以为一座小城市提供持续而且安全的无碳能量。

如果反应堆Sparc运行状况良好,它能够成为建造商业聚变发电站的模板。商业聚变发电站将比这个原型大两倍,而且它产生的电量完全能够赶得上目前的许多发电站,但是它却不会带来温室气体排放。据麻省理工学院的研究人员称,世界首个功能齐全的聚变发电厂将在15年内投入运行。

与此同时,聚变能源研究领域的其它大规模试验正在全世界范围内展开,其中就包含了法国的国际热核实验反应堆(ITER)项目的建造工作。ITER项目启动于2007年,这个项目是35个国家的合作项目,预计将在2040年完成。(过客)

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  • 据英国《每日邮报》报道,国际热核聚变实验反应堆项目(ITER)背后的组织12月初宣称,这个用于验证核聚变是否能够成为一种可用能源的巨大国际实验项目已经完成了一半。位于法国南部的国际热核聚变实验反应堆项目一直遭遇着延期的困扰,而且成本预计将达到200亿欧元。 ITER项目的总干事Bernard Bigot称:“这个项目正在朝着2025年氢原子过热实验的目标前进,完成一半项目将成为项目的一个里程碑。”据悉,ITER项目是人类史上最复杂的科学项目。实验中,氢等离子体将被加热到1.5亿摄氏度来产生聚变反应,这一温度大约相当于太阳核心温度的十倍。

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  • 这个过程将在一个名为托卡马克装置的圆环形反应堆中进行,它的周围将被巨大的磁体环绕将热量和等离子体限制在金属墙壁内。超导磁体必须被降温到零下269摄氏度,大约与星际空间的温度一样。

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  • 科学家们长期以来一直致力于模拟太阳内部发生的核聚变过程,并且认为它可能为我们提供几乎无限廉价而且安全的能源。与现存的裂变反应堆不同,聚变反应中不受控的反应不会带来风险,而且不会产生长期留存的放射线废弃物。

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  • 探索这一技术的联合项目最早是美国总统里根与苏联领导人戈尔巴乔夫在1985年的一次会议上提出来的,项目的目标就是以和平目的利用受控的热核聚变反应造福全人类。这个项目经历了数十年时间才得以启动,它的位置就在法国马赛市东北方向大约50公里的Saint Paul les Durance。

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  • 这个项目的成员包含了中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国。科学家们决定使用圆环形的托卡马克装置(一种受控热核反应装置)来将氢等离子体加热到1.5亿摄氏度,并且要持续足够长的时间让原子产生聚合反应。这个过程会释放大量的热量。虽然ITER项目不会产生电能,但是科学家们希望这个项目能够证实这样一个聚变反应堆所产生的能量要远远超过它所消耗的能量。目前科学家们也在进行着其它的聚变实验,但是ITER的设计被广泛认定为是最先进而且最实用的。在2035年之前科学家们恐怕还不清楚这个装置是否能够按照预期计划进行工作,因为建造完成后还需要十年的测试和升级。但是聚变反应专家称,周三实现的这一里程碑是值得注意的。

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  • 欧洲研究组织EUROfusion的Tony Donne称:“玻璃杯已经半满半空。Bigot的任命已经帮助这个项目度过了一个非常艰难的时期,让这个有史以来最复杂的装置克服了来自政治因素上的阻碍。” 但是项目成本仍然是个问题,Bigot拜访了华盛顿,希望从美国获得支持。美国提供了大约9%的项目预算。许多资金都来自于成员国的项目供应商,其中就包含了美国的通用原子公司,该公司正在为项目建造中心螺线管,这个18米长的电磁铁足以抬起一艘航空母舰。

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  • Bigot称,大多数项目成员多年来都提供了资金支持,其中欧盟提供了45%的预算。他希望特朗普政府能够看到这个项目的潜在利益。他声称:“包含美国在内的所有国家都清楚他们的能源供应只能够维持到本世纪。如果华盛顿政府不缩减预算,这个项目就不会失败。它对于其它成员来说太重要,但是很可能出现项目延期。”

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  • 美国哥伦比亚大学应用物理学教授Gerald Navratil称,聚变反应能够帮助我们解决如何实现快速制造大量电能的同时不排放温室气体的问题,值得注意的是ITER项目目前的成本与研发一架大型客机的成本相当。能源对于我们这个科技社会来说如此重要,投资200亿欧元探索一种新的能源真的不是一种失误。(过客)

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