获 Google 比尔盖茨投资的聚变反应堆开始建设,「能源自由」何时来?

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2021-12-27 17:55

「人造太阳」指的其实是核聚变反应装置,核聚变是由质量较小的原子,如氢的同位素氘、氚,在极高温下使两个原子核相互碰撞聚合,生成新的质量更重的原子核,通常是氦的同位素。反应过程中产生的巨大能量,与太阳等恒星内部发生的反应相同,因此核聚变反应装置被称为「人造太阳」。

▲图片来自:@探谜

目前对于核能的利用,几乎都是核裂变的方式,要想稳定高效地使用核能,核聚变更值得尝试。不久前,由比尔盖茨、 Google 和许多私募股权公司等投资的核聚变研究公司 Commonwealth Fusion Systems(CFS),已经开始着手建设约 47 英亩的聚变反应堆。

虽然目前对于这个聚变反应堆的装置设计以及具体方案没有太多的详细信息,但这表明,人们向成功利用核聚变又迈进了一步。

▲ 图片来自:新浪科技

其实,人类历史的发展总离不开能源利用方式的变化,在过去的几个世纪里,我们从地壳中获得的化石燃料,产生了电,有了之后这迅速发展的一切。

▲ 图片来自:新浪

但是,化石燃料等非可再生能源给我们带来无数便利的同时,也带来了滚滚浓烟和许多环境问题,就连它们的不可再生带来的能源短缺,也成了问题。要想解决这些问题,让人类能够继续在地球这颗蓝色星球上更好地繁衍生息,寻找新能源迫在眉睫。

太阳能,以及风能、水能、生物能等这些可再生的清洁能源,污染程度小,且本身可以再生,但又会受到自然条件的限制,因此此类能源的利用率还有待提高。

▲图片来自:搜狐

比起这些能源,不少人更青睐的是核能:利用核能发电时的污染小,而且能量密度高,利用效率也更高。目前已经有不少国家拥有核电站,但几乎都是利用核裂变反应堆的链式反应产生能量。反应堆中的放射性物质与反应过程中产生的过多废热以及由此造成的热污染该如何处理,至今发生的几起核电站事故足以说明这也是不可忽视的问题。

▲日本伊方核电站,图片来自:央视网

于是,在探索新能源的路上,人们把希望的目光投向了利用效果更好的核聚变。首先,与核裂变相比,它同样能在反应过程中释放巨大的能量,并且核聚变产生的能量是核裂变的数倍之多。其次,核聚变产生的废料,与核裂变产生的废料及污染相比,要更好处理。另外,核聚变所需的原料(通常是氢的同位素氘、氚)在海水中的含量较丰富,且可以通过加工锂基材料来获取原料。

核聚变的利用效果虽好,但想完成可控核聚变,需要达到几个难度极高的条件:反应堆的核心温度要达到至少 1.5 亿度;参与反应的等离子体要有足够的密度;聚变反应要维持足够长的时间。从二十世纪五十年代开始,科学家们就开始研究能够实现这些条件的反应装置。

目前可行性较大的可控核聚变反应装置是超导托卡马克,这是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器,比如国际热核聚变实验堆计划(ITER),正是采用这种装置,已于 2020 年正式进入最后的安装阶段。比尔盖茨、 Google 等投资的 CFS 公司研究的 SPARC 装置也是基于托卡马克进行设计的。

▲图片来自:海外网

除此之外,我国在核聚变领域的成就也不可小觑。位于中国科学院合肥物质科学研究院内,有 “东方超环” 之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(简称 EAST),在 2021 年 5 月 28 日,创造新的世界纪录,实现可重复的 1.2 亿摄氏度 101 秒和 1.6 亿摄氏度 20 秒等离子体运行。

▲图片来自:@中科院之声

人们对核聚变的设想虽好,但困难依旧重重,目前全世界不少科学家都在为之努力,如果能够成功实现,从某种程度上来说,人类就有了取之不尽用之不竭的资源,到那个时候,《三体》中所描述的「技术大爆炸」,人们的探索向宇宙深处进发,或许就不再是幻想。

 

 

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