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核聚变:来自等离子体的可持续能源比太阳边缘更热

核聚变:来自等离子体的可持续能源比太阳边缘更热

聚变能源 - 一种潜在的无限和清洁的能源 - 的前景刚刚接近一点。 科学家认为他们已经解决了建造产生聚变能力的反应堆的根本问题。

核聚变以与太阳和恒星相同的方式产生能量,通过使用比太阳中心更热的高压和约1.5亿摄氏度(2.7亿华氏度)的温度结合轻质原子核。 它可以使用氢同位素来制造,例如氘,它可以很容易地从海水中提取,这意味着燃料几乎取之不尽用之不竭。

当较轻的元素连接在一起产生较重的元素时发生的反应产生能量,在此过程中产生等离子体 - 物质状态。 发生这种情况的反应器必须以某种方式限制和悬浮产生的过热等离子体,而不会接触(并因此损坏)壁。

目前,科学家正致力于通过磁铁控制等离子体的反应堆,但到目前为止,聚变反应堆产生的能量并不比它们首先运行的能量更多。

除此之外,还有另一个问题:反应中产生的失控电子。 这些是具有极高能量的电子,其突然加速,可能在该过程中损坏反应器壁。 瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员现已找到解决这一问题的方法。

在发表在“ ”杂志上的一项研究中他们概述了一种减慢电子的模型,这意味着它们对反应堆无害。

目前有两种类型的聚变反应堆,即托卡马克和仿星器。 两者都使用类似的原理在环形反应器中利用磁铁来利用等离子体。 在这项研究中,等离子体物理学家Linnea Hesslow和OlaEmbréus正在观察托卡马克和不受欢迎的电场失控电子产生。

该团队设法通过向其中注入重离子来减缓失控的电子。 当电子与离子的原子核碰撞时,它们遇到的阻力会使它们失去速度。 越来越多的碰撞意味着电子的速度减慢到可以控制的程度,这意味着聚变能的产生可以继续。

“当我们能够有效地减速失控电子时,我们距离功能性聚变反应堆更近了一步,”赫斯洛在一份声明中说道,“考虑到以可持续的方式解决世界不断增长的能源需求的选择很少,聚变能源是令人难以置信的令人兴奋,因为它从普通海水中获取燃料。“

在生产聚变能源方面仍存在巨大的挑战 - 主要是实现所需的温度。 目前,达到1亿摄氏度(1.8亿华氏度)所需的能量远远超过反应产生的能量。

然而,Hesslow告诉新闻周刊 ,在制造反应堆时还存在其他技术问题。 “离家出走的控制是一系列挑战之一,包括墙壁和排气区域的材料开发,必须在聚变能的发展中加以解决,”她在一次电子邮件采访中说。

50多年来,科学家们一直致力于实现融合,物理学家们常说,所需的技术已经过去了30年之久。 但赫斯洛说,没有理由停止尝试:“融合是一种清洁,安全和可持续的能源,需要很少的燃料,可从无障碍储备中获得 - 主要成分可以从普通海水中获得。

“它提供了与天气相关的能源(如太阳能和风能)的完美补充。 它占用的空间非常小,意味着更多的自然区域和农业空间 - 考虑到地球上不断增长的人口,这是很好的。

tokamak 艺术家在ITER的托卡马克印象。 这将是世界上最大的托卡马克反应堆。 ITER

赫斯洛说,她相信聚变能将在未来成为一个巨大的能源,但经济学将在决定何时发挥作用。 赫斯洛说,她和团队现在计划使用他们多年积累的所有模型来最终解决失控的电子问题。

“许多人认为它会起作用,但是去火星旅行比实现融合更容易,”她说,“你可以说我们正试图在地球上收获星星,这需要时间。它需要非常高的温度比太阳中心还要温暖,让我们在地球上成功实现融合。这就是为什么我希望研究能够及时解决能源问题所需的资源。“

英国融合公司托卡马克能源公司的首席执行官大卫·金纳姆在评论这项研究时告诉新闻周刊 :“这篇论文为解决一个对大型托卡马克造成严重损害的尴尬问题作出了重要贡献。”然而,他说,较小的反应堆,例如他公司使用的反应堆,“所提出的注入重离子的解决方案将产生冷却等离子体的不受欢迎的后果,”Kingham说。 他认为这项研究可能会受益于巨大的托卡马克,例如ITER,这是一家位于法国的国际核聚变研究“大型项目”。