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【新能源】小型核聚变反应堆将成现实,取之不竭的能源?
令狐小冲 2015-12-29
导语

核电将是22世纪人类最重要的能量来源,而小型化的热核反应堆将是未来技术方向所在。据报道美国麻省理工(MIT)的科学家们设计了一款便宜小巧能量高的核反应堆,并称这一技术可以在10年内投入商用,为人们提供清洁又取之不竭的能源。

核电将是22世纪人类最重要的能量来源,而小型化的热核反应堆将是未来技术方向所在。

2015年8月,据报道美国麻省理工(MIT)的科学家们设计了一款便宜小巧能量高的核反应堆,并称这一技术可以在10年内投入商用,为人们提供清洁又取之不竭的能源。

MIT将新反应器命名为ARC,ARC这个名字来自于同属MIT(本科)毕业的漫威英雄钢铁侠Tony Stark所造的ARC反应堆。这次报道出的MIT所做的ARC反应器,实际上仍然是基于托克马克装置tokamak设计的。

在这里补充一下,tokamak是目前磁约束核聚变方向采用的主流方案,也是研究较多、发展较好的一种反应器。常常被报道的ITER是目前世界上最大的tokamak装置,它的发展目标就是商业化的聚变装置。


托克马克装置结构,目前中国聚变堆研究方向也是这种

最新的超导材料稀土钡铜氧化物(REBCO)作为磁场线圈的核心材料

据研究人员介绍,该技术使用了最新的超导材料稀土钡铜氧化物(REBCO)作为磁场线圈的核心材料。该材料可以制造出磁力更强的物体,磁场越强就越能让等离子体聚集在更小的空间,建造反应堆的用料和时间都将变少,也就减少了核反应堆的成本。而目前世界在建的最大核聚变反应堆ITER耗资预计400亿美元,正在法国建设中。然而,MIT的研究小组认为,旗下的新反应堆直径只有法国ITER的一半,成本更是连一半都没有,建设时间也快很多。

据悉,新反应堆能利用氢聚变形成氦,释放大量能量,为了维持反应堆的正能量输出(释放的能量高于消耗的能量),等离子体必须被加热到恒星内核级别的温度。新磁场技术再这时候就派上了用场,它们磁力更强,可以为让核聚变容器免于被自身热力融毁。

另一个突破在于用液体材料代替了反应堆内部的固体材料

除了磁场之外,ARC的另一个突破在于用液体材料代替了反应堆内部的固体材料。核聚变反应时,反应堆的核心反应区会被融化,外围材料也面临极端环境的考验,而液体材料在这方面更有优势。

洛克希德·马丁公司紧凑型聚变反应堆(Compact Fusion Reactor-CFR)新设计方案

此前,2014年10月路透社报道,洛克希德·马丁公司宣布,他们已经在小型聚变反应堆方面取得技术突破,十年内有望生产出可以装在卡车后面的实用性产品。

洛马官方网站相关报道截图

近年来,洛克希德·马丁公司作为美国军方的顶级供应商一直在研发包括海洋能在内的众多新能源项目,并试图缓解欧美军方支出下滑的影响。

该项目负责人Tom McGuire和他的团队在洛克希德·马丁旗下著名的“臭鼬工厂”为这个秘密能源项目已经工作了四年,现在公开寻找业内或政府领域的潜在合作伙伴。

McGuire向媒体透露,洛克希德·马丁公司的聚变能项目有助于开发新能源,缓解全球日益激烈的能源冲突。据预测,未来一代的能源消耗将增加 40-50%。洛克希德·马丁认为,该项目是综合解决全球能源与环境变化问题的组成部分。规格更为紧凑的核聚变可减少废弃物排放,比燃煤发电站更为清洁, 也可以减少放射性污染。

McGuire表示,初期研发工作表明,构建一个功率为100MW、规格为7X10英尺的反应堆具有技术可行性,并且可安装在大型卡车的后端。新反应堆的规格可比目前反应堆缩小90%。.

臭鼬工厂的紧凑型聚变反应堆(Compact Fusion Reactor-CFR)新设计方案也属于磁约束型聚变堆,但是和之前的托卡马克装置有所不同。


来自臭鼬工厂的新设计方案

洛克希德·马丁表示,最快可在一年内完成新反应堆的设计、构建与测试,并可在未来十年内诞生实际运行的反应堆。预计100MW的新反应堆尺寸可以和小型燃气轮机相仿,却足以驱动大型货轮或者满足80000户城市居民生活。

小型反应堆可用于驱动美国海军战舰,减少其他燃料的运输麻烦。目前美国的核潜艇和航空母舰可以安装核反应堆,但是裂变反应堆尺寸规格太大,而且需要定期更换燃料棒。

小编:所谓的“核聚变的商业化即将到来”、“十年内解决能源危机”等为时过早,还路漫漫其修远兮!

(本文资料来源自网络,由e科编辑整理)

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作者 令狐小冲

博士生

清华大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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