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2015-09-25
4 D* _1 _( f! p4 t美國麻省理工學院（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)電研究的焦點已從政府重大科研項目轉(zhuǎn)向創(chuàng)業(yè)公司的新穎設計。 核聚變在三十年的政府資助、昂貴研究之后，沒有產(chǎn)生切實的突破，而是從有希望高效、無限電力來源變得更像個“廣告妙語”了。 然而，去年開始發(fā)生改變。幾個追求新穎的聚變堆設計、得到私下資助的公司和大學為基礎(chǔ)的小型研究團體，發(fā)表了很有“前景”的成果，能把生產(chǎn)原型機的“時間表”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，稱為“托克馬克”。它運用強大的磁場壓縮高溫等離子體（即動蕩的帶電粒子）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驗堆（ITER）工程，使用巨大的電磁線圈，消耗的能量比機器實際生產(chǎn)的還多。ITER吸引科學家、從中國、歐盟、印度、俄羅斯、日本、韓國和美國籌集資金，預計成本幾十億美元，想在這個世紀30年代的某個時候建成一個工作的反應堆。或許有可能。 兩個最新的進展，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”�；卦诩又菪∏鹉翀觯�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)定達五毫秒，比眨眼的時間還短，但按其首席技術(shù)官米希爾·本德鮑爾（Michl Binderbauer）的說法，在聚變反應的尺度上，就是“半個世紀”了。 本德鮑爾說，三阿爾法公司把高能粒子加速器的原理，如大型強子對撞機用于聚變堆問題。尤其是該團隊建造了個長23米的裝置，兩個等離子體“云”相互點火，形成一個等離子體環(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。 ' T( ^8 k1 l0 `! z! ^
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三阿爾法能源公司的聚變發(fā)電裝置形象設計。 這是個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。 6 m( n- h5 e0 b9 k
本德鮑爾說，三阿爾法的設計面對的挑戰(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，以實現(xiàn)“獲得”能量的聚變。最近的實驗表明，這個公司——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”是下一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。明年，三阿爾法公司將開始建造新的、更強大“版本”的實驗裝置，試驗更高溫下的過程。 在麻省理工學院（MIT）的等離子體科學與聚變中心，核科學工程教授、這個中心的主任丹尼斯 懷特（Dennis Whyte）為首的團組和研究生布蘭登 索鮑（Brandon Sorbom），七月發(fā)表了名為ARC（買得起、強健、緊湊）機器的概念設計。這個新奇的ARC設計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條帶，可以使ARC堆磁場的振幅高得多，因而使反應堆設計尺寸比其他托克馬克機器小得多。研究人員還設想用液態(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間制造一臺商業(yè)原型機。
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* G2 p" k# @' @8 _提議的ARC堆剖面圖。 由于強大的新型磁力技術(shù)，更小、不昂貴的ARC堆能像更大的堆一樣提供同樣電力 * A* F% p+ b4 s7 o! h
“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——超導與磁場不相容�！爆F(xiàn)在，先進超導條帶的出現(xiàn)可使緊湊的反應堆連續(xù)產(chǎn)生聚變。 發(fā)表在《聚變工程與設計》上的這篇ARC堆的論文[強調(diào)，目前它只是個概念設計。懷特希望吸引資助，在接下來的幾年內(nèi)建造一個實驗機。與此同時，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)但不同的設計進行研究，以便使聚變進入原型機階段[。 “我們越來越接近可行的機器”，通用聚變公司創(chuàng)始人、首席科學家米希爾·拉伯奇（Michel Laberge）說�！岸嗄陙恚圩冄芯渴钦笮蛯嶒炇业摹I(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)財富基金為首投資人團體的2.7千萬美元新基金。 贏得1976年諾貝爾物理獎、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’”。上個世紀90年代削減預算，強迫停止各種替代選擇方法，但ITER和美國能源部國家點火裝置除外。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一條通向受控聚變的路——而這最終成了實際上取得某些成就的唯一道路。 普林斯頓等離子體物理實驗室等離子體物理學家喬納森 梅納德（Jonathan Menard）指導的國家球形花托試驗，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機計劃，緊緊跟蹤三阿爾法和ARC成就的進展，而且相信這些創(chuàng)新應當進一步跟蹤。 然而，有個謹慎的資深聚變科學家曾提出警告：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)。 | 
發(fā)表于 2016-1-30 20:44:10
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