五大尖端项目
01
托卡马克环磁机
迪朗斯旁圣保罗(法国)
首个大型核聚变反应堆开始组装!
国际热核聚变实验反应堆(ITER)的首批零件组装已于不久前启动。“我们进入了现场施工的关键阶段。”ITER总负责人贝尔纳·比戈(Bernard Bigot)透露道。ITER项目始于1985年,如今有35个国家参与其中,包括中国、印度、美国和欧盟各成员国。
该项目旨在启动热核聚变,即仿照太阳内部的情形,让两个原子核聚合,以产生超强、清洁且比眼下的核能更可靠的能源。具体怎么做?“托卡马克”(Tokamak)将氢同位素的等离子体约束在一个环状磁场里,并加热至1.5亿摄氏度以上。
这不啻为一项壮举,因为该装置整合了1000万个专门零件,其结构复杂程度堪称世界一流。ITER包括24个质量超过300吨的超导磁铁,世界上最大的制冷工厂,以及有史以来最大的真空室之一……
“从严苛程度、创新性和多学科交叉上来说,该项目在人类历史上无可比拟。”贝尔纳·比戈指出,“这对于探索全新的自持续核聚变物理学而言是必要的。”
02
仿星器
格赖夫斯瓦尔德(德国)
重上战场的选手
2016年2月3日,德国总理默克尔高调地为这一螺旋形机器揭幕,令整个核聚变学界大吃一惊。
1951年,一位美国物理学家最早提出建造一种装载不规则磁铁的不对称托卡马克,但其可行性一直备受质疑。经过日以继夜的不懈努力,当代工程师终于做到了。
“对氢等离子体的首批操作结果超出了预期:装置立即产生了一团稳定、可复制性极高的等离子体。”文德尔斯泰因7-X仿星器(Wendelstein 7-X)负责人托马斯·克林格(Thomas Klinger)证实,“我们还成功升温至2000万摄氏度并维持了30秒。这些参数极具说服力。整个核聚变领域的专家一致认为,该装置前途无量。”
03
激光
加利福尼亚利弗莫尔(美国)
全员严阵以待
美国政府已在“国家点火装置”(NIF)上投入了数十亿美元。NIF汇集192束强力激光,用以撞击一个充满氢的毫米级小球。
“激光技术发展迅速,我们掌握的能量几乎可以与核聚变生成的能源相兼容。”德国亥姆霍兹重离子研究中心的樊尚·巴努(Vincent Bagnoud)指出,“目前要攻克的问题是,这样多次反复内爆后会产生有可能损坏激光束的碎屑。”该装置的效率也是个问题,但NIF的工程师似乎找到了应对之法:他们计划在燃料球周围建立一个磁场,围住热量,促进核聚变反应。让我们静待“砰”的一声出现!
04
Z装置
阿尔伯克基(美国)
前途无量的方案
美国桑迪亚国家实验室(SNL)的物理学家灵机一动,试图借助这台美国军用设备的强劲电流来启动核聚变:基于磁化内衬惯性核聚变(MagLIF)的该构想本质上是通过电击制造磁场来约束和压缩被激光加热的等离子体。
众多科学家和美国能源部对这项技术寄予厚望。“经证实,用该装置生产的热核中子以及不同尺度实验的结果都与我们的模拟相符。”提出该构想的美国物理学家史蒂芬·斯卢茨(Stephen Slutz)解释道,“目前要做的是测试超越Z装置承受能力的电流强度!”
05
活塞机器
本那比(加拿大)
爆炸级的替代方案
加拿大初创公司General Fusion的方案依托于一种惊人的磁化靶聚变技术:把一团被磁场围绕的等离子体注入一间被液态金属包围的压缩室内,接着用一组活塞将等离子体猛烈压缩;之后像操作内燃机一样,每秒重复一次上述过程。公司的70名工程师已经完成了数千次活塞同步和等离子体注射实验,实现了500万摄氏度的高温。
“我相信一切都会顺利进行。”提出该构想的加拿大物理学家米歇尔·拉贝尔日(Michel Laberge)指出,“我们正在募集资金,希望在未来5年造出一个巨型样机,并实现1亿摄氏度以上的高温。”
年事已高、屡屡受挫的理论物理学家,初出茅庐、朝气蓬勃的工程师,醉心前沿技术的企业家,涉猎广泛的亿万富翁……他们都是核聚变的忠实拥趸!
近5年来,为了掌控核聚变能源而提出的具体设想不断涌现,因为这种能源清洁、安全、密集,几乎取之不尽。换言之,它堪称能源的终极形式;从理论上说,宇宙中无其他任何能源可与之比拟。
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