神秘公司突破反应堆极限

据美国《科学》杂志网站近日报道,位于美国加州的聚变能研究公司Tri
Alpha最近取得了新的突破,有望在国际热核聚变实验反应堆采用的大型托卡马克装置之外为受控核聚变能利用找到更为经济的技术路线。
Tri
Alpha公司于1998年成立,目前有约150名雇员,吸引了来自高盛集团、微软创始人之一Paul
Allen等多渠道的私人投资。该公司采用一项名为场反向位形(Field-Reversed
Configuration,FRC)的技术,在一个长23米的管道两端利用粒子加速器发射高速等离子体,通过磁场控制在管道中部合并之后绕轴旋转,将动能转化为热能,旋转的等离子体自身形成的磁场理论上可以实现自约束。但由于等离子体的湍流造成粒子逃逸,此前的研究最多能使等离子体稳定维持0.3毫秒。在Tri
Alpha最新的研究中,从旋转的等离子体边界切向注入高能粒子,可使等离子体保持稳定达5毫秒,并且有望将注入粒子的能量加大后继续延长稳定时间,从而达到产生热核聚变的临界条件。
达到热核聚变的临界条件还面临另外一项挑战,即提高等离子体的温度。传统氢同位素核聚变需要的温度是1.5亿摄氏度,是现在该项目可达到温度的10倍左右。但Tri
Alpha使用的聚变燃料是氢-硼等离子体,达到聚变的温度需要30亿摄氏度,这意味着更加困难的挑战。之所以选择氢-硼作为聚变燃料是因为其聚变反应中不会释放中子,而只产生三个α粒子,有利于辐射防护和设备维护,更适用于商业聚变利用,这也是公司命名为Tri
Alpha的原因。
这一成果获得了美国学界及企业界的广泛关注,虽然距实际利用核聚变尚有距离,但未来具有很大的发展潜力。

更多精彩知识请任意平台搜索:博科园

神秘公司突破反应堆极限 在超高温下使等离子体保持5毫秒稳定

按目前世界能量的消耗率估计,
地球上蕴藏的核聚变能可用100亿年以上。因此从原理上讲,
聚变能可以成为人类取之不尽、用之不竭的能源。实际情况真的如此吗?人类离可控核聚变还有多远?《科学通报》2016年第10期发表中国原子能研究院研究员陈永静撰写的“核聚变将最终成为未来的能源吗?”一文,介绍了核聚变基础知识和可控核聚变的发展及现状。

图片 1

众所周知,
核能主要有裂变能和聚变能两种。裂变能是重元素(如铀、钚、钍等)的原子核在分裂成质量较轻的原子核过程中所释放的能量。人类已经掌握了可以控制这个分裂过程的技术,
因此目前世界上所有核电站都是利用可控裂变过程产生的裂变能进行发电的。
其优点是少量原料就可产生巨大的电能、环境污染少且不存在对石化燃料的依赖。缺点是总是存在发生核事故的风险,
所产生的核废料有放射性, 处置不当对环境会造成污染; 同时铀、钚等资源有限。
目前全球已建成以原子核裂变能量发电的核电站达到400多座,
核电发电量已占电力总发电量的近20%, 同时,
许多核电厂仍正在或计划建设中。核聚变是指由质量小的原子核,
主要是指氘(D)、氚(T)和氦-3(3He)等,
在一定条件下(如超高温和高压)发生原子核相互聚合作用,
生成新的质量更重的原子核, 并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。

核聚变反应堆“反场位形”:一股利用自身磁场结合在一起的环形等离子体。

相比核裂变, 核聚变有两大优点: (1) 不会产生长寿命和高放射性的核废料,
也不产生温室气体, 因此基本不污染环境; (2)
地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据估算, 每升海水中含有0.03
g氘, 所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1 L海水中所含的氘,
经过核聚变可提供相当于300
L汽油燃烧后释放出的能量。按目前世界能量的消耗率估计,
地球上蕴藏的核聚变能可用100亿年以上。因此从原理上讲,
聚变能可以成为人类取之不尽、用之不竭的能源。

图片来源:Tokamak/Creative Commons

图片 2

在美国洛杉矶南部一个郊区工业园里,研究人员朝着掌控核聚变——
一种能提供丰富、廉价、清洁能源的过程——迈出了重要一步。一家名为三阿尔法能源的私人投资公司建造了一台能形成一团超热气体(约1000万摄氏度)的机器,并且使其在没有衰变的情况下保持了5毫秒的稳定。这看上去只是眨眼之间,但已经比利用此项技术的其他研究长了很多,而且首次证实将气体保持在稳态下是可能的。

图1“国际热核聚变实验堆”(ITER)计划(图片来源于网络)

作为三阿尔法顾问委员会一员的斯坦福大学粒子物理学家Burton
Richter表示,如果公司科研人员能将技术升级至更长的时间和更高的温度,他们将达到这样一个阶段,即气体中的原子核发生足以使其融合在一起的强有力碰撞,从而释放能量。

相关文章

admin

网站地图xml地图