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聚变技术正在达到一个可能改变能源游戏的转折点

  • 2022-12-06
  • Scien

我们的社会面临着巨大的挑战,即提供可持续、安全和负担得起的能源发电方式,同时努力减少二氧化碳排放2050年左右实现净零排放。

迄今为止,事态发展,它可能满足所有这些条件,几乎完全由公共部门资助。然而,有些事情正在发生变化。

全球聚变行业私募股权投资已短短一年内就增加了一倍多– 根据聚变工业协会的一项调查,从 2021 年的 21 亿美元增加到 2022 年的 47 亿美元。

那么,是什么推动了这一点最近的变化?有很多值得兴奋的事情。

在我们探讨这个问题之前,让我们快速回顾一下聚变能是什么。

将原子合并在一起

聚变的工作原理与我们的太阳相同,通过在极高的热量和压力下合并两个重氢原子来释放大量能量。

这是相反的核电站使用的过程,其中原子分裂以释放大量能量。

维持大规模生产有潜力生产安全、清洁、几乎取之不尽用之不竭的能源。

我们的太阳在其核心以约 1500 万摄氏度的带电粒子等离子体维持聚变。在地球上,我们的目标是数亿摄氏度,因为我们没有太阳的巨大质量来为我们压缩燃料。

科学家和工程师已经研究出几种设计我们如何实现这一目标,但大多数聚变反应堆使用强磁场来“装瓶”并限制热等离子体。

一般来说,我们在商业聚变能源之路上要克服的主要挑战是提供能够容纳产生自持聚变反应所需的强烈燃烧等离子体的环境,产生更多能量比开始所需的时间要多。

加入公共和私人

融合发展自此以来一直在取得进展20世纪50年代。其中大部分是由政府对基础科学的资助推动的。

现在,世界各地越来越多的私营聚变公司正在向商业聚变能源迈进。政府态度的转变对此至关重要。

美国和英国政府正在培育公私合作伙伴关系,以补充其战略研究计划。

例如,白宫最近宣布将开发“商业聚变能源的大胆十年愿景”。

在英国,政府投资了一项旨在连接聚变发电机的计划到国家电网。

技术实际上也很先进

除了公私资源外,聚变电站所需的技术也取得了突飞猛进的发展。

2021 年,麻省理工学院的科学家和 Commonwealth Fusion Systems 开发了一种破纪录的磁铁这将使他们能够建造一个紧凑的聚变装置,称为斯帕克“它的规模要小得多,成本要低得多,而且时间要快”。

近年来,多项聚变实验也达到了将等离子体温度维持在 1 亿摄氏度或以上的重要里程碑。

这些包括中国的EAST实验,韩国旗舰实验KSTAR, 和英国托卡马克能源公司。

这些令人难以置信的壮举展示了前所未有的能力,可以复制太阳内部的条件,并保持极热的等离子体足够长的时间以促进聚变的发生。

二月,欧洲联合环面——世界上最强大的运行托卡马克——宣布打破能源限制世界纪录。

下一步聚变能源实验将展示净功率增益,ITER,法国正在建设中,现已完成约 80%。

磁铁也不是聚变的唯一途径。 2021 年 11 月,加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置实现了惯性约束核聚变向前迈出了历史性的一步。

通过聚焦近 200 个强大的激光来限制和压缩铅笔橡皮大小的目标,他们产生了一个小的聚变“热点”,在短时间内产生聚变能量。

在澳大利亚,有一家名为HB11的公司开发质子硼聚变技术通过高功率激光和磁场的结合。

聚变和可再生能源可以齐头并进

至关重要的是,对核聚变的投资不以其他形式的可再生能源为代价以及远离化石燃料的转变。

我们有能力扩大对太阳能、风能和抽水蓄能等现有可再生能源技术的采用,同时开发下一代电力生产解决方案。

美国最近在其报告中概述了这一具体战略净零游戏规则改变者计划。在该计划中,资源投资将致力于在聚变商业化发展的同时,开辟一条快速脱碳之路。

历史告诉我们,当我们与正确的资源合作时,令人难以置信的科学和工程进步是可能的——科学和工程的快速发展疫苗只是最近的例子之一。

很明显,许多科学家、工程师,现在还有政府和私人投资者(甚至时装设计师)已经决定聚变能源是一个值得追求的解决方案,而不是一个白日梦。现在,这是我们使聚变能成为可行的现实的最佳机会。

内森·加兰,应用数学和物理讲师,格里菲斯大学和马修·霍尔, 数学科学研究所高级研究员,澳大利亚国立大学

本文转载自对话根据知识共享许可。阅读原创文章。

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