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英国研发袖珍“人造太阳”成功 带动核聚变发电发展
2021-07-16 16:07:55来源: 南方都市报

英国一家创业能源公司在研发核聚变发电站的全球竞争中出于领先地位,该公司有望在2030年代末交付世界上第一个商业核聚变电站。据悉,该公司已获得1.5亿英镑私人投资,并将得到英国政府1000万英镑拨款。

据报道,托卡马克能源公司(Tokamak Energy)总部位于牛津郡泰晤士河谷迪德科特(Didcot)工业园,目前有员工165人,是一个由世界顶尖科学家组成的团队,致力于研发核聚变电站。

核聚变(nuclear fusion)是两个氢原子融合成一个氦原子,这一过程释放出大量能量,是恒星燃烧的过程,因此利用核聚变发电又被称为“人造太阳”。

托卡马克能源公司的联合创始人和副总裁大卫·金汉(David Kingham)博士表示,该公司拥有的核聚变反应堆ST 40在数周内将创下一个里程碑似的纪录,反应堆的等离子体将达到惊人的1亿摄氏度,是太阳中心温度的6倍多。

该反应堆是一个直径约6英尺的球形钢罐,里面装着黑暗、旋转的过热氢气,即等离子体。当一束高能量的亚原子粒子射入反应堆,等离子体会立即发出火花和光芒,即产生核聚变反应,产生超过1500万摄氏度的高温。

只有一个强大无比的电磁铁系统才能防止装有等离子体的容器瞬间被汽化。

核聚变反应堆产生的热量可以被英国原子能管理局的一个团队(也位于牛津郡)发明的一种叫做“分流器”的装置所利用。热能将被用来加热蒸汽以驱动涡轮机,从而产生电力,为推进器提供动力。

核聚变电站工作原理示意图。

自1930年代以来,在商业规模上利用核聚变一直是能源技术部门的“圣杯”。核聚变怀疑论者预言,无论科学上的努力和明显的进展如何,核聚变产生电力至少在"50年之后"。

金汉博士则表示,托卡马克能源公司有望在2030年代末交付世界上第一个商业核聚变电站。

他还表示,公司不是提供一个核聚变电站,而是“很多个”,将在英国的生产线上进行“全球部署”,每台机器能够稳定地输出150兆瓦的电力,足以为一个拥有15万人口的城市供电,例如附近的牛津。

据报道,英国商业、能源和工业战略大臣夸尔滕(Kwasi Kwarteng)7月15日将访问该公司位于迪德科特的工厂,并将宣布提供1000万英镑政府拨款支持。

据悉,该公司已经获得1.5亿英镑的私人投资。

金汉博士表示,该公司成功的关键在于两项关键的创新。

其他反应堆使用电磁铁来容纳等离子体,而他们使用超导体。当冷却到接近绝对零度,即零下273摄氏度时,超导体对电流没有阻力。

但维持如此低的温度需要巨大的能量,以至于可能会消耗反应堆的大部分输出。

为了解决这个问题,托卡马克能源公司已经开发了高温超导体磁铁并申请了专利,该磁铁使用一种被称为稀土氧化钡铜的物质,只消耗十分之一的能量。

公司的第二个创新是反应堆的形状,像一个带芯的苹果。早期的设计像是空心的甜甜圈。这一变化使该公司的设计效率大大提高。

金汉博士表示,高温超导体和球形反应器的结合具有巨大的优势,最终将使核聚变能源大大便宜。

据悉,与通过分裂铀原子释放能量的传统核裂变反应堆不同,核聚变电站永远不可能发生核泄漏事件,因为一个发生故障的聚变反应堆会简单地变冷,聚变过程消失。

同时,核聚变反应堆的燃料将取之不尽,用之不竭,而且便宜得难以想象,因为其原材料氢气可以从海水中提取。

它还将具有不可估量的环境效益,不仅实现“零碳”电力生产,而且不受天气变化影响。

目前包括美国航空巨头洛克希德-马丁公司和亚马逊公司在内的私企也在竞相开发商业核聚变能源。

还有一些国家和国际的合作项目,如ITER,一个由35个国家(包括英国)组成的财团正在法国南部建造的实验性反应堆。

但是,ITER是巨大和不方便的。它于2007年开始建设,直到2020年代末才开始运行。它的场地有60个足球场那么大。

托卡马克能源公司计划的核聚变电站模型将与普通房屋一样大小,并且只需要几个月而不是几年时间来制造。

据报道,夸尔滕此前曾称赞托卡马克能源公司是一个“开拓者”,称该公司已经证明了核聚变 “作为一种潜在的无限、清洁和安全的能源具有显著的潜力”,并且可以“巩固我们作为全球科学大国的地位”。

关键词: 研发 人造太阳 核聚变发电 原材料

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