美國開(kāi)建世界首座商用核聚變發(fā)電廠(chǎng)

　　參考消息網(wǎng)12月21日報道 據美國《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(chǎng)。

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

　　CFS公司首席執行官兼聯(lián)合創(chuàng )始人鮑勃·馬姆加德在一份聲明中說(shuō)：“這是一個(gè)歷史性時(shí)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。”

　　預計這座發(fā)電廠(chǎng)將生產(chǎn)400兆瓦的電力，足以為大約15萬(wàn)戶(hù)家庭或大型工業(yè)設施供電。

　　核聚變是將兩個(gè)較輕的原子核結合形成一個(gè)更重的原子核并釋放出大量能量的過(guò)程。太陽(yáng)和其他恒星就是靠這個(gè)過(guò)程獲得能量，這一過(guò)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(lái)若干好處。

　　國際原子能機構說(shuō)，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(wàn)倍——而且不會(huì )產(chǎn)生衰減時(shí)間很長(cháng)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(lái)自海水，而氚則可能利用鋰獲得。

　　聚變天生是安全的，因為反應只在精確條件下才能發(fā)生。如果這些條件沒(méi)有得到滿(mǎn)足，反應就會(huì )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難中出現的失控風(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，這一挑戰花費了數十年的研究才得以解決。

　　2022年，科學(xué)家們實(shí)現了一個(gè)歷史性的里程碑，讓聚變產(chǎn)生的能量超過(guò)了啟動(dòng)反應所需的能量——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(lài)恩·阿佩爾比強調了兩大障礙：維持聚變過(guò)程的穩定，并將由此產(chǎn)生的能量轉化為實(shí)際應用。

　　阿佩爾比對《新聞周刊》記者說(shuō)：“聚變燃料是以等離子體的形式存在的。這是比太陽(yáng)中心溫度更高的一團氫的同位素。問(wèn)題是，當制造出這么熱的東西時(shí)，它只想四散分開(kāi)。”

　　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(shuō)：“我們在地球上試圖做的就是設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(shuō)：“在這些反應堆中，能量以帶電粒子和高能中子的形式出現。帶電粒子停留在熾熱的等離子體中，而出來(lái)的是中子。”

　　中子以極高的速度飛出，因此工程師們必須設法將它們的動(dòng)能轉化為可以用來(lái)驅動(dòng)蒸汽渦輪機的熱量。

　　CFS尚未建造其示范反應堆SPARC，該反應堆定于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(gè)目標就是在本世紀30年代初之前交付一個(gè)商用聚變發(fā)電廠(chǎng)。

　　核能利用了愛(ài)因斯坦著(zhù)名的等式E=mc2，其中能量源自“質(zhì)量虧損”——核反應前后的質(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(gè)很大的乘數，所以微小的質(zhì)量差異會(huì )轉化為巨大的能量釋放。

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

　　來(lái)源：參考消息網(wǎng)