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氢硼聚变有望推进可控核聚变的发展

2015-09-17 11:53
老猫
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  美国《科学》杂志网站 2015 年 8 月 28 日报道称:一直以来,核聚变需要大型装置和数十亿美元的资金,但成功却遥遥无期。现在,一家私人投资公司利用更小、更廉价和更快速的方法,在实现可控聚变能的道路上迈出了重要的一步。2015 年 8月底,一家名为三阿尔法能源公司(Tri Alpha Energy)宣布,已经建立了一个装置,该装置能够形成气体球(温度加热到 1000 万摄氏度),并稳定保持 5 毫秒。

    虽然还远未达到聚变所需的条件,但三阿尔法能源公司所取得的进步首次表明,该公司的非传统的方法可以让聚变气体(或者说等离子体)保持一稳定状态。目前相关研究还没有经过同行评议,但该公司表示,他们正在准备一篇论文。目前,研究人员正在推进技术的进一步发展,希望提高控制时间和温度,引起聚变发展,释放能量。

  图 1 粒子云将在反应室发生猛烈碰撞,产生超热气体

  目前聚变研究的支出不断增加,由政府巨大资金支持的项目主要包括:200 亿美元的 ITER 反应堆(目前正在法国建造)和美国能源部的 40 亿美元的国家点火装置(National Ignition Facility, NIF)。国家点火装置建在美国加州的利弗莫尔,目前正饱受质疑:是否足以支持建立能够产生足够能量的电厂。三阿尔法能源公司和一些新兴创业公司试图找到另外一种方法,希望能开发出更为简单和便宜的设备。三阿尔法能源公司采用不同的聚变材料,利用氢和硼混合物通常的氢同位素。相比较而言,氢硼更难发生反应,但三阿尔法能源公司的研究者说,氢硼聚变不会产生中子,因此避免了中子引起的破环性,解决了传统聚变电厂的难点。美国康奈尔大学光电信息简报 2015242的等离子物理学家,三阿尔法能源公司的顾问 David Hammer 指出投资者和外部专家已经有了规划,他认为:"人们相信氢硼聚变反应堆能够实现。"与其它聚变技术相同,三阿尔法能源公司的装置也是通过约束电子和离子的超热混合物(等离子体),使离子发生聚变,将质量传化为能量。传统燃料聚变需要至少 1 亿摄氏度的温度。NIF 等装置利用激光压缩燃料靶丸,依靠向内的惯性,保持足够的聚变反应时间,确保聚变的发生。而 ITER 装置利用强磁场使等离子体稳定控制在环形(doughnutlike)靶室中(也称为托马克)

  图 2 三阿尔法能源公司

  三阿尔法能源公司的装置也能够产生环形等离子体,但该形状产生自己的约束磁场。该方法被称为场反转结构(field-reversed configuration, FRC),上世纪六十年代提出。但几十年来,研究人员只能在等离子体破碎或者消失前能维持 0.3 毫秒的时间。1998 年,加州大学的物理学家 Norman Rostoker 和同事一起建立了三阿尔法能源公司,尝试利用新的方法,增加了高能粒子束。

 

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