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2015-09-25
1 X2 O% T. v- U: Q美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）技術(shù)評(píng)論月中發(fā)表理查德 馬丁（Richard Martin）的文章[說(shuō),，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?cè)谌甑恼Y助,、昂貴研究之后,，沒(méi)有產(chǎn)生切實(shí)的突破,，而是從有希望高效,、無(wú)限電力來(lái)源變得更像個(gè)“廣告妙語(yǔ)”了,。 然而，去年開(kāi)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(zhǎng)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(chǎng)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(guò)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(guó)南部的國(guó)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(guó)、歐盟,、印度,、俄羅斯、日本,、韓國(guó)和美國(guó)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�,；蛟S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)”�,；卦诩又菪∏鹉翀�(chǎng)（Foothill Ranch）的三阿爾法能源公司（Tri Alpha Energy）八月初說(shuō),，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(shuō)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(shuō),，三阿爾法公司把高能粒子加速器的原理，如大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)用于聚變堆問(wèn)題,。尤其是該團(tuán)隊(duì)建造了個(gè)長(zhǎng)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(chǎng)靠等離子體自身生成,，這種技術(shù)稱為“反場(chǎng)位形”（FRC）[。等離子體靠加速器注入高能粒子維持,。 , a( G8 j" G- x4 n) S% h2 ^
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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(zhǎng)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,。
- Z! l4 m- r. l9 ?, S8 t8 V本德鮑爾說(shuō)，三阿爾法的設(shè)計(jì)面對(duì)的挑戰(zhàn)是“足夠熱和足夠長(zhǎng)”,，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(lái)幾百萬(wàn)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(zhǎng)”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(kāi)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(guò)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(kāi)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(chǎng)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(chǎng)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(jí),。這種提升引人注目,。據(jù)懷特說(shuō)，有可能在一年左右的時(shí)間制造一臺(tái)商業(yè)原型機(jī),。 % N, s4 d0 E9 d
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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 # j' f* x' w; g! {" Z4 E
“眾所周知,，如果把磁場(chǎng)提到很高水平，就可制造非常緊湊的裝置,，”他說(shuō),，“但電磁鐵必須是銅的——超導(dǎo)與磁場(chǎng)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(lái)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(yíng)公司，不僅包括三阿爾法公司,，而且還有基地在英國(guó)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(duì)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?cè)絹?lái)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(shuō)�,！岸嗄陙�(lái),，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(méi)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(lái)西亞主權(quán)財(cái)富基金為首投資人團(tuán)體的2.7千萬(wàn)美元新基金,。 贏得1976年諾貝爾物理獎(jiǎng)、三阿爾法公司顧問(wèn)伯頓·里克特（Burton Richter）說(shuō),，“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(guó)能源部國(guó)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(yíng)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(guó)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(wàn)美元升級(jí)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(guó)能源網(wǎng)。 | 
發(fā)表于 2016-1-30 20:44:10
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