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能源圣杯终于触手可及

时间：2022-03-06 16:16:39 来源：

从理论上讲，两个运行在小颗粒上的单独核反应堆可以安全，清洁地为整个星球供电。那就是核聚变的希望。那么，为什么我们仍然依靠化石燃料呢？

几十年来，科学家一直将核聚变视为获得清洁，丰富和可持续能源的圣杯。基于为包括我们自己的太阳在内的恒星提供动力的原理，几个运行在小颗粒上的核反应堆可以为我们的星球提供动力，而不会发生灾难性的崩溃和零温室气体排放的风险。

尽管如此，我们仍依赖化石燃料来满足80％的能源需求。

那么，是什么阻止我们在各地建造这些反应堆？

毕竟，自1950年代以来，科学家一直致力于核聚变技术，并且始终对最终的突破不遥远感到乐观。然而，里程碑一次又一次地下降，现在开玩笑的是，一座实际的核聚变电厂可能还有几十年的路程。

好吧，你可以把这种怪异的状态归咎于一些物理上的扭曲定律。

资源：Pixabay

极限挑战

事实证明，进行核聚变所需的条件对我们地球人构成了极大挑战。

Fusion致力于将较轻的元素锻造为较重的元素。当两个氢原子足够牢固地粉碎在一起时，它们融合形成氦。新原子的质量小于其各个部分的总和，其余部分以E = MC2质量能当量转换为能量。

好的，那有点简单，因为氢原子不是直接融合在一起而是一个多步反应。无论如何，总而言之，就是核聚变只能在极端温度下（约数亿摄氏度）产生净能量。那比太阳的核心还要热，而且地球上任何已知的物质都无法承受。

为了避开这种泥潭，科学家使用强大的磁场来容纳热等离子体，并防止其与核反应堆壁接触。那会消耗很多能量。

在这方面，恒星很容易，因为它们令人难以置信的强大引力场将所有东西聚集在一起。

不幸的是，到目前为止，每个聚变实验都是负能量的，所吸收的能量多于其产生的能量，因此使其无法用作发电形式。

进行初始聚变反应不是问题-继续进行下去，更不用说建造核反应堆需要一些极其复杂的工程壮举。

国际大项目

但是现在，科学家们有信心，他们即将建造一个核反应堆，该核反应堆将产生比其消耗更多的能量。

即将在法国Saint-Paul-les-Durance举行的国际热核实验反应堆（ITER）是世界上最大的聚变反应设施，旨在开发商业上可行的聚变反应堆。

ITER由六个国家（包括美国，俄罗斯，中国，日本，韩国和印度）资助，计划建造世界上最大的托卡马克聚变装置，这是一个将产生500 ME热聚变能的甜甜圈形笼子。

该设备的成本约为240亿美元，交付日期定为2035年。这台巨型机器是有史以来最大的融合机器，其重量将达到惊人的23,000吨，并将被安置在60米高的建筑物中。

资源：ITER.org

那么，这次有什么不同？

科学家已经成功开发出一种新的超导材料-本质上是一种涂有钇钡钡铜氧化物（YBCO）的钢带，这使他们能够制造出更小，更强大的磁体。这降低了使聚变反应脱离地面所需的能量。

根据欧盟能源部的联合承诺，能源部将使用18个铌锡超导磁体（也称为环形场线圈）来容纳1.5亿摄氏度的等离子体。强大的磁体将产生等于11.8特斯拉的强大磁场，是地球磁场的一百万倍。欧洲将制造10个环形场线圈，日本将制造9个。

然而，距离国际热核实验堆的经验教训，要建设一个大规模的示范发电厂还需要再过十年。此后，工业聚变电站将连接到电网。

然而，国际热核实验堆并不是现场唯一的聚变能参与者。联邦聚变系统公司正在与麻省理工学院合作建造其聚变反应堆。研究小组已经计划了一个他们称之为“ Sparc”的融合实验，该实验大约是ITER体积的1/65。该实验堆将在约10秒的脉冲内产生约100兆瓦的热能-足以产生一个小城市的能量。研究小组预计，输出功率将是加热等离子体所用功率的两倍以上，从而克服了该领域最大的技术障碍：聚变产生的正净能量。

另一个好消息是：Sparc团队设定了一个雄心勃勃的目标，即使反应堆在短短15年内运行。

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