关于融合的旧笑话是,成为现实是30年 - 过去50年或更长时间的情况。这是一个可能很快达到其销售日期的笑话。

还有件好事。融合的承诺是接近无限的能量,这些能量几乎没有浪费。

传统的核反应堆分裂原子以产生能量。这些裂变反应器在加工后的铀上运行并留下放射性废物。另一方面,融合是一种保持阳光灿烂的过程。融合反应器将在丰富的氢同位素上运行,并且理论上,在比较小的浪费中,产生比裂变更大的能量。

融合可能会在未来的可再生能源方面提供完美的补充 - 但建筑物融合抗体已证明是一个坚韧的裂缝。

然而,在2016年初,宣布了两个主要的融合进展。

一,德国WENDELSTEIN 7-X螺旋液反应器达到8000万度的血浆温度。仅仅一周后,中国实验先进超导Tokamak反应堆控制等离子体102秒融合能量的一个主要挑战达到足够高的血浆温度。另一种是保持血浆的稳定性,这对大多数融合反应过程至关重要。

这两个项目展示了科学家如何在可以帮助征服这些障碍的解决方案中。

与此同时,技术进步正在加快多种不同的融合反应堆方法。融合产业本身的一部分开始类似于信息技术行业已知的启动生态系统。

“我认为我们在各种类型的融合中取得了巨大的进展,从螺旋桨,托卡马克斯,RFP,球形,FRC和惯性融合中,”华盛顿大学CT融合与研究助理CT融合和研究助理首席执行官Derek Sutherland说。“I think there is also quite a bit of interest right now in magnetized target fusion (MTF) since it’s being funded by some big names in the private sector, and I think it’s great that there’s interest in fusion from someone other than the government.”

David Kingham博士,Tokamak Energy和Phd的理论物理学,同意,“现在有一个真正的信念,融合正在成为一个可行的未来能源,这意味着现在投入了很多资金和各种可能的资金路线到它。私营企业目前正在开发的各种机器,这归功于这一直引发了新的融合发展时代。“

Tokamak去盆景

最着名的融合反应堆是甜甜圈形的甜甜圈托卡马克,其使用电磁铁来控制融合。最着名的托卡马克是迭代反应堆,其中一些电磁体大致重与波音747相同。严重过度简化,艾特背后的一般想法是更大的意味着更好的控制。

它旨在使50兆瓦投入500兆瓦输出 - 足以为一个小城市供电。该项目基于广泛的物理和工程研究,使其很有可能工作。

然而,其他几个Tokamak设计在相反的方向上 - 它们越来越小。

Tokamak Energy更紧凑的Tokamak Fusion Reactor。图像信用:托卡马克能量。
Tokamak Energy更紧凑的Tokamak Fusion Reactor。图像信用:Tokamak Energy.

一个是所谓的电弧反应堆摆脱麻省理工学院。

使用数学公式可以计算能量需求和物理布局以使融合反应堆功能以不同的尺寸。这使得能力可以构建一个更小的反应堆。

结果?更紧凑的反应器设计更便宜和更小而不是提供相同的电源输出的迭代托卡马克。

Tokamak Energy.还在缩小的托卡马克反应堆上的缩小版本。较小的一个很大的优势是可以使用反应器的区域的数量增加。

“我们的反应堆的目标是,它将大致占标准容器的大小,”Kingham说。“你将能够使用船只,火车甚至卡车来移动它。这意味着融合反应堆可以部署在您需要的任何地方。将反应堆带到有需要的人,而不是必须进行大规模的能源网格建设项目。“

螺旋桨推进

螺旋液反应器看起来有点像由M.C设计的甜甜圈。eScher。

“一颗螺栓制作像扭曲的Tokamak,每个环包括根据复杂的数学计算,以非常精确的方式扭曲了托卡马克的结构。实际优势在于,虽然Tokamaks只能在短暂的爆发中工作,但是在理论上,一颗螺旋桨可以连续运行,“Sutherland解释道。

除了WENDELSTEIN 7-X外,其他螺栓也在制作头条新闻。

一个是Quasar反应堆,所谓的“准轴对称螺栓术”。Quasar设计旨在为螺旋桨提供更紧凑和经济的模型。其他优点包括设计不需要任何外部驱动的等离子体电流并且是本质上稳态的事实,这意味着保持融合反应随着时间的推移而变得更加容易。

按下预热

MTF反应堆还有进步。这种反应器通过将预热融合燃料限制和预热融合到等离子体的作用。然后将其挤在一起,这大大增加了温度。MTF方法的一个关键优势在于它也是使用已建立的工业技术的实用解决方案。

通用融合是追求MTF的公司之一。

“我们的设计采用含有液态金属的球形罐,被活塞包围。泵送液态金属以形成涡流,融合燃料作为等离子体注入该腔体中。然后活塞压缩液体,驱动血浆的温度指数引发融合反应。这种融合反应加热液态金属,热交换器转变为蒸汽和电力,“通用融合的首席执行官Nathan Gilland解释说明。

该公司已从一系列VCS获得资金,以及亚马逊的Jeff Bezos。

启动环境有助于加快过程

来自VCS和Tech Entrepreneurs的资本涌入融合公司是一个相对较新的发展。

这是帮助民主化的两个因素之一。

“融合曾经是国家政府和国际组织的汇款。这已不再是这种情况。Kingham说,初创公司的生态系统正在开发,这有助于加快融合进展。

与此同时,加速计算机,艾,大数据分析和材料科学的进步正在降低开发成本,开辟公司的新可能性。结果是研究,更大的竞争和普遍性的发展速度大多化。

技术进步意味着融合的进步与摩尔定律平行,我们看到了过去30年的指数改进,“吉兰说。

挑战仍然比比皆是

融合的最新波是成功的吗?没有保证。即使进步正在加速,融合力量仍然存在主要挑战。

这已被迭代说明,这是延迟的,并且在大约2025年之前,不太可能准备好测试。

延误意味着其他项目,包括一般融合,CTFUSTUCE和TOKAMAK能量,仍然非常在比赛中是第一个向网格提供融合电源的竞争。通过当前的开发速度,至少有一个可能在2030年到达该目标。

要到达那里,研究人员仍然需要克服一些障碍。

启动融合反应仍然是一个中央挑战。无论是争论复杂的磁场还是如何产生足够的力以压缩燃料并启动反应,得到足够强大的,足够的禁止控制是任何简单的。

一般融合MTF反应器。图像学分:一般融合
一般融合MTF反应器。图像信用:一般融合

许多融合研究反应堆在能量平等上闭合,其中融合反应的能量量等于用于运行其的量。然而,这与将该能量转化为可用于驱动电力生产的形式。与裂变一样,来自融合反应的能量需要转化为可以产生电力的形式。这通常是通过产生蒸汽的热交换来完成的,这反过来又驱动反应堆。寻找将融合能量转换为电力的有效方法对于技术的长期成功至关重要。

融合反应的稳定性也是一个主要问题,也是反应器部件的寿命。融合反应产生大量松散的高能量颗粒,粉碎并磨损复杂的机器。

然而,融合的巨大潜力可能会在未来几年诱惑更多公司进入比赛。

“融合介绍了一个更加和平,更清洁的世界的可能性,具有几乎无限制的燃料来源,这些燃料源不是覆盖到特定国家的地理锁定。此外,通过如此高级的能源,我们可以开始娱乐前往其他行星和太阳系的想法,在那里建立殖民地,并开始散布,以确保我们物种的长期存活,“Sutherland说。


横幅图像信用:Tokamak Energy.

Marc是英国人,丹麦语,粗真的,书呆子,运动,并喜欢世界上的任何事情就会“嘘声”。他是一家生活在东京的自由撰稿人和研究员,并撰写了关于所有科学和技术的东西。在Twitter上关注Marc(@ Wokattack1)。

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