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核聚变

引导图像©CFS/MIT-PSFC - CAD渲染由T. Henderson

本文是《探索未来》(The Future Explored)的一部分,这是一本关于改变世界的技术的每周指南。你可以在每周四早上直接把这样的故事发送到你的收件箱订阅这里

如果核聚变是一种可行的能源,一切都可以电气化。电力会如此便宜,这似乎现在不可能的项目可能在我们的掌握之内商业空间飞行,淡化海水,或直接的空气碳捕获。

现在,来自麻省理工学院的研究人员表示核融合 - 由于一个名为SPARC的新紧凑的反应堆,阳光本身的电源 - 可能成为2035年的现实。

一个新的紧凑型融合反应堆

麻省理工学院的一组研究人员发布本周发表了七篇同行评议的论文,提出了Sparc可以产生两倍于它消耗的能量的论点。

一些科学家将核聚变视为下个世纪获得足够清洁、可靠能源的最佳希望。

这对气体,太阳能或传统的核电站(发电能力是全部点!)不会值得注意。但核融合真的很难维持。即使我们有几十年的融合反应堆,我们也不会为电力使用它们,因为它们需要更多的能量来运行而不是他们所熄灭。

该反应堆仍在由麻省理工学院和一家名为“联邦聚变系统”的初创公司开发,但建设预计最早将于明年夏天开始,需要3到4年时间才能完成。还有很多障碍需要清除,但如果一切按计划进行,我们将在未来十年看到核聚变发电纽约时报

为什么这很重要

估计全球能源消耗几乎增加50%到2050年——全球气温也随之上升。现在,我们主要依赖化石燃料:85%的全球能源2018年,来自石油,天然气和煤炭 - 与可再生能源的4%相比传统核能

一些科学家认为融合是在下个世纪仍然削减碳排放的碳排放量的最佳希望。

把太阳带到地球上来

由熔融反应器产生的等离子体非常热 - 比太阳更热 - 这就是为什么如果您可以可靠地实现它,它可能会产生大量的电源。

这里的挑战是,创造等离子体需要大量的能量,并且等离子体将摧毁几乎任何接触的东西。我们需要设计和构建一台不仅产生等离子体的机器,而且有效地包含它。

阳光通过巨大的 - 它的重力压缩氢原子,加热它们足以保险,并含有整个反应。地球上的融合反应器通常通过使用电磁场来保持等离子体。问题是这些领域需要大量的能量,如果他们不完全均匀地挤压等离子体,反应将在它变得自我维持之前脱颖而出。

虽然,麻省理工学院的研究人员希望SPARC将利用新的电磁技术来克服这种障碍。这项技术预计将产生更高的磁场,使等离子体更小,更容易保持 - 使其能够维持自己的反应,而不会涌入大量的外部能量。

这将允许SPARC产生与世界上最大的核融合项目相当的融合(称为ITER),尽管它要小得多——而且关键的是,生产它所用的能源要比它消耗的能源少。那么多余的能量就可以用来发电。

我们已经有了核电站——这是不同的

我们目前的核电厂使用所谓的裂变-超过10%的世界电力来自这些植物。裂变涉及分裂重原子,如铀,与融合相反,这涉及将两个微小的氢原子与巨大的力一起融合。

核聚变的能量要大得多——同样大小的核聚变反应堆会产生同样的能量四次尽可能多的裂变反应堆。

另外,很多人担心放射性物质裂变产生 - 如果没有正确处理(嘿,切尔诺贝利)。核聚变不会产生放射性废料。

融合的优势

核聚变可以绕过核裂变、化石燃料和可再生能源带来的挑战。

核聚变能在我们需要的时候提供持续稳定的能量。

首先,它的燃料实际上是无限的。核聚变使用自然界中丰富的氢同位素(海水例如)或者我们可以轻易制作。我们不需要那么多。它估计了融合反应器可以产生相当于超过3600万磅的煤,只有11磅氢。

第二,这是干净的-没有二氧化碳、空气污染或放射性废物。

最后,它(理论上)是可靠的。太阳能和风能依赖的是不一致的电力来源或大量的备用电池,而核聚变可以在我们需要的时候提供持续稳定的电力。

仍然存在巨大的障碍

这些研究很有前景,但反应堆仍处于早期阶段,许多设计特征仍在研究中。麻省理工学院等离子科学与聚变中心副主任、Sparc的主要研究员之一马丁·格林沃尔德(Martin Greenwald)谨慎地避免做出过度承诺,因为还有很多工作要做。然而,他指出,这些研究中的数学和物理是验证的第一步。

“我们没有遇到任何我们说的东西,”哦,这是预测我们不会到达我们想要的地方,“他告诉麻省理工学院。

“我们相信它会上班。”

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