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美國開建世界首座商用核聚變發(fā)電廠

參考消息網(wǎng)發(fā)布時間:2024-12-24 12:02:09

  參考消息網(wǎng)12月21日報道 據(jù)美國《新聞周刊》網(wǎng)站12月19日報道,美國麻省理工學(xué)院提供技術(shù)支持創(chuàng)建的聯(lián)邦核聚變系統(tǒng)公司(CFS)17日宣布,計劃在弗吉尼亞州切斯特菲爾德縣建造世界上第一座商用核聚變發(fā)電廠。

  這座ARC(經(jīng)濟、耐用、緊湊型之意)核聚變反應(yīng)堆工廠將位于詹姆斯河工業(yè)園區(qū),旨在徹底改變清潔能源生產(chǎn)。

  CFS公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人鮑勃·馬姆加德在一份聲明中說:“這是一個歷史性時刻。本世紀30年代初,所有人的目光都將聚焦作為商業(yè)聚變能源發(fā)源地的切斯特菲爾德縣。”

  預(yù)計這座發(fā)電廠將生產(chǎn)400兆瓦的電力,足以為大約15萬戶家庭或大型工業(yè)設(shè)施供電。

  核聚變是將兩個較輕的原子核結(jié)合形成一個更重的原子核并釋放出大量能量的過程。太陽和其他恒星就是靠這個過程獲得能量,這一過程發(fā)生在一種所謂的等離子體的物質(zhì)狀態(tài)中——這是一種與固體、液體和氣體不同的高溫帶電氣體。

  與分裂像鈾等較重的原子核的核裂變不同,核聚變能帶來若干好處。

  國際原子能機構(gòu)說,它每單位燃料產(chǎn)生的能量要多得多——每公斤燃料產(chǎn)生的能量是燃燒煤炭的400萬倍——而且不會產(chǎn)生衰減時間很長的放射性廢料。

  聚變的燃料——氘和氚等氫的同位素——豐富,其中氘來自海水,而氚則可能利用鋰獲得。

  聚變天生是安全的,因為反應(yīng)只在精確條件下才能發(fā)生。如果這些條件沒有得到滿足,反應(yīng)就會停止,消除了利用核裂變原理的切爾諾貝利這樣的核泄漏災(zāi)難中出現(xiàn)的失控風(fēng)險。

  盡管大有希望,但聚變需要極高的溫度和壓力才能克服原子核之間的自然排斥反應(yīng),這一挑戰(zhàn)花費了數(shù)十年的研究才得以解決。

  2022年,科學(xué)家們實現(xiàn)了一個歷史性的里程碑,讓聚變產(chǎn)生的能量超過了啟動反應(yīng)所需的能量——這是歷經(jīng)70年取得的成就。然而,重大障礙依然存在。

  并未參與該項目的帝國理工學(xué)院慣性聚變研究中心研究員布賴恩·阿佩爾比強調(diào)了兩大障礙:維持聚變過程的穩(wěn)定,并將由此產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用。

  阿佩爾比對《新聞周刊》記者說:“聚變?nèi)剂鲜且缘入x子體的形式存在的。這是比太陽中心溫度更高的一團氫的同位素。問題是,當(dāng)制造出這么熱的東西時,它只想四散分開。”

  在恒星中,巨大的引力抵消了這種趨勢,將等離子體聚集在一起。阿佩爾比說:“我們在地球上試圖做的就是設(shè)法控制住少量這種極其熾熱的等離子體。”

  即使成功控制住它們,利用能源的任務(wù)依然艱巨。

  阿佩爾比說:“在這些反應(yīng)堆中,能量以帶電粒子和高能中子的形式出現(xiàn)。帶電粒子停留在熾熱的等離子體中,而出來的是中子。”

  中子以極高的速度飛出,因此工程師們必須設(shè)法將它們的動能轉(zhuǎn)化為可以用來驅(qū)動蒸汽渦輪機的熱量。

  CFS尚未建造其示范反應(yīng)堆SPARC,該反應(yīng)堆定于2027年投入運行。

  阿佩爾比認為,SPARC將成為CFS雄心勃勃的目標的關(guān)鍵試金石,這個目標就是在本世紀30年代初之前交付一個商用聚變發(fā)電廠。

  核能利用了愛因斯坦著名的等式E=mc2,其中能量源自“質(zhì)量虧損”——核反應(yīng)前后的質(zhì)量差異。

  在聚變和裂變中,由于光速(等式中的“c”)的平方是一個很大的乘數(shù),所以微小的質(zhì)量差異會轉(zhuǎn)化為巨大的能量釋放。

  像ARC這樣的聚變反應(yīng)堆將利用反應(yīng)中釋放的能量將熱水轉(zhuǎn)化成蒸汽,推動渦輪機,這一點很像傳統(tǒng)的發(fā)電廠。然而,關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于有效利用反應(yīng)產(chǎn)生的快速移動的中子,把它們的能量轉(zhuǎn)化為可用的熱量。(編譯/劉曉燕)

  來源:參考消息網(wǎng)



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