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標(biāo)題: 核聚變能源的進(jìn)步 [打印本頁]
作者: hunyann 時(shí)間: 2016-1-30 20:44
標(biāo)題: 核聚變能源的進(jìn)步
2015-09-25
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美國麻省理工學(xué)院（MIT）技術(shù)評論月中發(fā)表理查德 馬�,。�Richard Martin）的文章[說,，聚變發(fā)電研究的焦點(diǎn)已從政府重大科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)向創(chuàng)業(yè)公司的新穎設(shè)計(jì)。
核聚變在三十年的政府資助,、昂貴研究之后,，沒有產(chǎn)生切實(shí)的突破,，而是從有希望高效,、無限電力來源變得更像個(gè)“廣告妙語”了,。
然而，去年開始發(fā)生改變,。幾個(gè)追求新穎的聚變堆設(shè)計(jì),、得到私下資助的公司和大學(xué)為基礎(chǔ)的小型研究團(tuán)體，發(fā)表了很有“前景”的成果,，能把生產(chǎn)原型機(jī)的“時(shí)間表”從幾十年縮短到幾年。商業(yè)聚變發(fā)電仍然有很長的路要走,，但這種反應(yīng)堆的輪廓現(xiàn)在可以“感知”了,。
傳統(tǒng)的聚變研究集中于大型、環(huán)形機(jī),，稱為“托克馬克”,。它運(yùn)用強(qiáng)大的磁場壓縮高溫等離子體（即動(dòng)蕩的帶電粒子）聚合形成氦，并在此過程中釋放出大量的能量,。挑戰(zhàn)是約束高熱的等離子體并保持它穩(wěn)定�,，F(xiàn)今的聚變堆如法國南部的國際熱核實(shí)驗(yàn)堆（ITER）工程，使用巨大的電磁線圈,，消耗的能量比機(jī)器實(shí)際生產(chǎn)的還多,。ITER吸引科學(xué)家、從中國,、歐盟,、印度、俄羅斯,、日本,、韓國和美國籌集資金，預(yù)計(jì)成本幾十億美元,，想在這個(gè)世紀(jì)30年代的某個(gè)時(shí)候建成一個(gè)工作的反應(yīng)堆,。或許有可能,。
兩個(gè)最新的進(jìn)展,，為生產(chǎn)能源的聚變堆提供了新的、更快的途徑,，使聚變界很受“激勵(lì)”,。基地在加州小丘牧場（Foothill Ranch）的三阿爾法能源公司（Tri Alpha Energy）八月初說,，它成功地保持高能等離子體穩(wěn)定達(dá)五毫秒,，比眨眼的時(shí)間還短,，但按其首席技術(shù)官米希爾·本德鮑爾（Michl Binderbauer）的說法，在聚變反應(yīng)的尺度上,，就是“半個(gè)世紀(jì)”了,。
本德鮑爾說，三阿爾法公司把高能粒子加速器的原理,，如大型強(qiáng)子對撞機(jī)用于聚變堆問題,。尤其是該團(tuán)隊(duì)建造了個(gè)長23米的裝置，兩個(gè)等離子體“云”相互點(diǎn)火,，形成一個(gè)等離子體環(huán),。約束環(huán)在一起的磁場靠等離子體自身生成，這種技術(shù)稱為“反場位形”（FRC）[,。等離子體靠加速器注入高能粒子維持,。
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三阿爾法能源公司的聚變發(fā)電裝置形象設(shè)計(jì)。
這是個(gè)23米長磁鐵環(huán)繞的真空管,，布滿控制裝置,、診斷儀器和粒子束發(fā)生器。
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本德鮑爾說,，三阿爾法的設(shè)計(jì)面對的挑戰(zhàn)是“足夠熱和足夠長”,，即在足夠高的溫度下保持等離子體穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)“獲得”能量的聚變,。最近的實(shí)驗(yàn)表明,，這個(gè)公司——曾從投資人引來幾百萬美元的資助，包括高盛（Goldman Sachs）和伏爾甘（Vulcan）,、微軟共同創(chuàng)辦人保羅 艾倫（Paul Allen）投資基金——已解決了“足夠長”的難題,。使等離子體“足夠熱”是下一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。明年,，三阿爾法公司將開始建造新的,、更強(qiáng)大“版本”的實(shí)驗(yàn)裝置，試驗(yàn)更高溫下的過程,。
在麻省理工學(xué)院（MIT）的等離子體科學(xué)與聚變中心,，核科學(xué)工程教授、這個(gè)中心的主任丹尼斯 懷特（Dennis Whyte）為首的團(tuán)組和研究生布蘭登 索鮑（Brandon Sorbom）,，七月發(fā)表了名為ARC（買得起,、強(qiáng)健、緊湊）機(jī)器的概念設(shè)計(jì),。這個(gè)新奇的ARC設(shè)計(jì)是電磁約束等離子體性質(zhì)的,。使用最近開發(fā)的、靈活的稀土鋇銅氧化物制成的超導(dǎo)條帶,，可以使ARC堆磁場的振幅高得多,，因而使反應(yīng)堆設(shè)計(jì)尺寸比其他托克馬克機(jī)器小得多,。研究人員還設(shè)想用液態(tài)“再生體”環(huán)繞等離子體，吸收中子避免損害,，并用高效熱交換介質(zhì)發(fā)電,。
增強(qiáng)環(huán)繞磁場的振幅，使等離子體內(nèi)產(chǎn)生的聚變功率上升四個(gè)數(shù)量級,。這種提升引人注目,。據(jù)懷特說，有可能在一年左右的時(shí)間制造一臺商業(yè)原型機(jī),。
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提議的ARC堆剖面圖,。
由于強(qiáng)大的新型磁力技術(shù)，更小,、不昂貴的ARC堆能像更大的堆一樣提供同樣電力
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“眾所周知,，如果把磁場提到很高水平，就可制造非常緊湊的裝置,，”他說，“但電磁鐵必須是銅的——超導(dǎo)與磁場不相容,�,！爆F(xiàn)在，先進(jìn)超導(dǎo)條帶的出現(xiàn)可使緊湊的反應(yīng)堆連續(xù)產(chǎn)生聚變,。
發(fā)表在《聚變工程與設(shè)計(jì)》上的這篇ARC堆的論文[強(qiáng)調(diào),，目前它只是個(gè)概念設(shè)計(jì)。懷特希望吸引資助,，在接下來的幾年內(nèi)建造一個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī),。與此同時(shí)，一大批私營公司,，不僅包括三阿爾法公司,，而且還有基地在英國的托克馬克能源公司（Tokamak Energy）和基地在溫哥華的通用聚變公司（General Fusion），都在對相關(guān)但不同的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,，以便使聚變進(jìn)入原型機(jī)階段[,。
“我們越來越接近可行的機(jī)器”，通用聚變公司創(chuàng)始人,、首席科學(xué)家米希爾·拉伯奇（Michel Laberge）說,。“多年來,，聚變研究是政府大型實(shí)驗(yàn)室的‘領(lǐng)地’,，做了偉大的工作并確定了聚變可行的基礎(chǔ)。但沒有很大的緊迫感,�,！�
現(xiàn)在,，“緊迫感”增加，而且這些公司正在試驗(yàn)新理念和新辦法,，吸引投資這么做,。通用聚變公司最近就擁有馬來西亞主權(quán)財(cái)富基金為首投資人團(tuán)體的2.7千萬美元新基金。
贏得1976年諾貝爾物理獎(jiǎng),、三阿爾法公司顧問伯頓·里克特（Burton Richter）說,，“現(xiàn)在發(fā)生的事情值得‘反思’”。上個(gè)世紀(jì)90年代削減預(yù)算,，強(qiáng)迫停止各種替代選擇方法,，但ITER和美國能源部國家點(diǎn)火裝置除外。三阿爾法等公司嘗試不用納稅人的錢,、而用私營部門的資金鋪設(shè)一條通向受控聚變的路——而這最終成了實(shí)際上取得某些成就的唯一道路,。
普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室等離子體物理學(xué)家喬納森 梅納德（Jonathan Menard）指導(dǎo)的國家球形花托試驗(yàn)，正在追求用類似沙灘球形托克馬克替代環(huán)形面圈,。梅納森最近完成了自己的9.4千萬美元升級的試驗(yàn)機(jī)計(jì)劃,，緊緊跟蹤三阿爾法和ARC成就的進(jìn)展，而且相信這些創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步跟蹤,。
然而,，有個(gè)謹(jǐn)慎的資深聚變科學(xué)家曾提出警告：不要“直到建成聚變堆，還不確信,。”
注釋：
1. Richard Martin,，Finally, Fusion Takes Small Steps Toward Reality，MIT Technology Review,，September 14, 2015
2. FRC—field-reversed configuration
3. B.N. Sorbom, J. Ball, T.R. Palmer, F.J. Mangiarotti, J.M. Sierchio, P. Bonoli, C. Kasten, D.A. Sutherland, H.S. Barnard, C.B. Haakonsen, J. Goh, C. Sung, D.G. Whyte,，ARC: A compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets，Fusion Engineering and Design,，14 July 2015
4. Tyler Hamilton, A New Approach to Fusion, MIT Technology Review, July 31, 2009
本文刊載28日中國能源網(wǎng),。
作者: 老鷹 時(shí)間: 2016-1-30 20:46
圖片看不到哦，圖片需要上傳,。
作者: 愛心觀眾 時(shí)間: 2016-1-31 11:15
好高端的樣子
作者: frazil 時(shí)間: 2016-1-31 16:34
我記得合肥科學(xué)島上的還是很先進(jìn)的,，印象中那個(gè)馬克控制時(shí)間比這個(gè)小型機(jī)要長得多。有感興趣的可以了解一下,，也驗(yàn)證一下我是不是記錯(cuò)了
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作者: hunyann 時(shí)間: 2016-1-31 19:31
這個(gè)新爐子的關(guān)鍵是小型化�,。。,。,。。。,。,。。,。,。。,。,。�
作者: hunyann 時(shí)間: 2016-1-31 19:34
多年前,，我設(shè)計(jì)的UFO爐子也是這個(gè)原理,，脈沖核聚變反應(yīng)爐！�,�,！[attach]377826[/attach]
作者: hunyann 時(shí)間: 2016-1-31 19:35
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作者: hunyann 時(shí)間: 2016-1-31 19:40
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作者: hunyann 時(shí)間: 2016-1-31 19:43
核聚變原子爐成功的關(guān)鍵是磁場強(qiáng)度！�,�,！B=9.2特斯拉太小�,。,。�
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