合併怎麼樣？

去年年底有關中國專家建造聚變反應爐的報告聽起來很聳人聽聞（1）。 中國官方媒體通報稱，位於成都研究中心的HL-2M設施將於2020年開始正常運作。 媒體報導的語氣表明，獲取取之不盡的熱核融合能源的問題已經永遠解決了。

仔細觀察細節有助於降低樂觀情緒。

新 託卡馬克型裝置其設計比迄今為止已知的更先進，應該會產生溫度高於 200 億攝氏度的等離子體。 中國核能工業集團公司西南物理研究所所長段修如在記者會上宣布了這項消息。 該設備將為從事該項目的中國人提供技術支持 國際熱核實驗反應器（ITER）以及建築。

所以我認為這還不是一場能源革命，儘管它是中國人創造的。 KHL-2M反應釜 目前還知之甚少。 我們不知道該反應器的預計熱輸出是多少，也不知道在其中進行核融合反應需要什麼能量水平。 我們不知道最重要的事情 - 中國的聚變反應堆是一種具有正能量平衡的設計，還是它只是另一個允許聚變反應的實驗聚變反應堆，但同時需要比“點火”更多的能量可以通過反應獲得的能量。

國際努力

中國與歐盟、美國、印度、日本、韓國和俄羅斯都是 ITER 計畫的參與者。 這是上述國家資助的正在進行的國際研究項目中最昂貴的項目，耗資約20億美元。 它是冷戰時期米哈伊爾·戈巴契夫(Mikhail Gorbachev) 和羅納德·雷根(Ronald Reagan) 政府合作發現的結果，多年後被納入所有這些國家於2006 年簽署的一項條約中。

2. ITER託卡馬克建設現場

法國南部卡達拉切 (Cadarache) 的 ITER 計畫 (2) 正在開發世界上最大的託卡馬克裝置，這是一個必須透過電磁體產生的強大磁場來控制的等離子體室。 這項發明是蘇聯在50年代和60年代發明的。 專案經理， 拉萬·科布倫茨，宣布該組織應在2025年1月之前接收「第一個等離子體」。ITER應支援每次約XNUMX人的熱核反應。 秒，積蓄力量 500-1100兆瓦。 相比之下，迄今為止最大的英國託卡馬克， JET （歐洲聯合環面），保持反應數十秒並獲得強度高達 16 MW。 此反應器中的能量將以熱的形式釋放，而不是轉化為電能。 向電網提供聚變能是不可能的，因為該專案僅用於研究目的。 只有在ITER的基礎上，才有可能建造下一代達到發電量的熱核反應器 3-4千。 兆瓦.

合適的聚變發電廠仍然不存在（儘管進行了六十多年的廣泛且昂貴的研究）的主要原因是難以控制和「控制」等離子體的行為。 然而，多年的實驗已經產生了許多有價值的發現，今天聚變能似乎比以往任何時候都更接近。

加入氦-3，混合並加熱

ITER是全球聚變研究的主要焦點，但許多研究中心、公司和軍事實驗室也致力於其他偏離經典方法的聚變項目。

例如，近年來開展的 來自麻省理工學院 實驗與 頭盔-3 託卡馬克裝置取得了令人興奮的成果，包括 能量增加十倍 等離子體離子。 在麻省理工學院的 C-Mod 託卡馬克裝置上進行實驗的科學家與來自比利時和英國的專家一起開發了一種含有三種離子的新型聚變燃料。 團隊 阿爾卡托 C-Mod (3）早在 2016 年 XNUMX 月就進行了這項研究，但這些實驗的數據直到最近才被分析，揭示了等離子體能量的巨大增加。 結果非常令人鼓舞，以至於營運世界上最大的運作核融合實驗室（英國 JET）的科學家決定重複這些實驗。 實現了相同的能量增加。 這項研究結果發表在《自然物理學》雜誌。

3. Alcator C-Mod 託卡馬克運行中

提高核燃料效率的關鍵是添加微量的氦-3，這是一種穩定的氦同位素，具有一個中子而不是兩個中子。 Alcator C方法中使用的核燃料以前只含有兩種離子—氘和氫。 氘是氫的穩定同位素，其核心有中子（與沒有中子的氫相反），約佔燃料的 95%。 麻省理工學院等離子體研究中心 (PSFC) 的科學家使用了一種稱為 射頻加熱。 託卡馬克附近的天線使用特定的射頻來激發粒子，波被校準以「瞄準」氫離子。 由於氫只佔燃料總密度的一小部分，因此僅集中加熱一小部分離子就可以實現極高的能量水平。 接下來，受激氫離子移動到混合物中主要的氘離子，由此形成的粒子進入反應器的外殼，釋放熱量。

當氦 3 離子添加到混合物中的量低於 1% 時，該製程的效率會提高。 透過將所有無線電加熱集中在微量的氦 3 上，科學家將離子的能量提高到兆電子伏特 (MeV)。

先到先得 相當於俄語：吃遲到的客人和骨頭

在過去的幾年裡，受控核融合工作領域發生了許多進展，這讓科學家和我們所有人都燃起了最終實現能源「聖杯」的希望。

好的訊號包括但不限於美國能源部 (DOE) 普林斯頓等離子體物理實驗室 (PPPL) 的發現。 無線電波已被成功地用於顯著減少所謂的等離子體擾動，這在「裝扮」熱核反應的過程中至關重要。 同一個研究小組於 2019 年 XNUMX 月報告了一項鋰託卡馬克實驗，其中測試反應器的內壁塗有鋰，這是一種眾所周知的電子產品電池材料。 科學家指出，反應爐壁上的鋰襯裡吸收分散的等離子體粒子，防止它們反射回等離子體雲並幹擾熱核反應。

4. 可視化專案 TAE Technologies

來自主要知名科研機構的科學家的言論甚至變得謹慎樂觀。 最近，私營部門對受控合成技術的興趣也大大增加。 2018年，洛克希德·馬丁公司宣布計劃在未來十年內開發原型緊湊型聚變反應器（CFR）。 如果該公司正在研究的技術發揮作用，卡車大小的設備可以提供足夠的電力來滿足 100 平方英尺設備的需求。 城市居民。

其他公司和研究中心正在競相爭奪誰能夠建造第一個真正的聚變反應堆，其中包括 TAE Technologies 和麻省理工學院。 就連亞馬遜的傑夫貝佐斯和微軟的比爾蓋茲最近也參與了合併計畫。 NBC 新聞最近統計了美國有 XNUMX 家專門致力於核融合的小公司。 General Fusion 或 Commonwealth Fusion Systems 等新創公司正專注於基於創新超導體的小型反應器。

「冷聚變」的概念和大型反應器的替代品，不僅是託卡馬克，還有所謂的。 仿星器， 設計略有不同，也是在德國製造的。 對不同方法的探索也持續進行。 一個例子是一個名為 Z 型捏， 由華盛頓大學的科學家建造，並在最新一期《物理世界》雜誌上進行了描述。 Z 箍縮的工作原理是在強大的磁場中捕獲和壓縮等離子體。 實驗中，等離子體可以穩定16微秒，聚變反應持續了約XNUMX/XNUMX的時間。 這次演示的目的是表明小規模聚變是可能的，儘管許多科學家仍然對此抱持嚴重懷疑。

反過來，由於Google和其他專注於尖端技術的投資者的支持，總部位於加州的 TAE Technologies 正在使用與典型聚變實驗不同的方法。 硼氫化物燃料混合物，用於開發更小、更便宜的反應堆，最初的目標是所謂的聚變火箭推進。 原型圓柱形聚變反應器（4）與碰撞束（CBFR），加熱氫氣形成兩個等離子環。 它們與惰性粒子束結合並保持在這種狀態，這應該有助於增加等離子體的能量和耐久性。

另一家熱核新創公司 General Fusion 位於加拿大不列顛哥倫比亞省，得到了傑夫貝佐斯本人的支持。 簡單來說，它的概念是將熱等離子體注入鋼球內的液態金屬（鋰和鉛的混合物）球中，然後等離子體被活塞壓縮，類似於柴油引擎。 產生的壓力會導致熱核聚變，從而釋放大量能量來為新型發電廠的渦輪機提供動力。 General Fusion 技術長 Mike Delage 表示，商業核融合可能在十年內首次亮相。

5.來自美國海軍熱核專利的插圖。

美國海軍最近也申請了「等離子體聚變裝置」的專利。 該專利談到了磁場產生「加速振動」（5）。 這個想法是建造足夠小以方便攜帶的聚變反應器。 不用說，這項專利申請遭到了質疑。