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现实版方舟反应堆问世 谁都可以成为钢铁侠

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在漫威影业(Marvel)的超级英雄电影中,钢铁侠托尼·斯塔克(Tony Stark)于上世纪90年代初从麻省理工学院毕业,后来建造了斯塔克工业公司的方舟反应堆(ARC reactor)。

不过,那只是超现实的电影。回到现实中,似乎能设计方舟反应堆的人留在了麻省理工学院。该学院的一支研究团队只用了几十年时间,就能够为一个完整且可运行的方舟反应堆制定试验计划。

方舟反应堆的缩写“ARC”,分别代表便宜(affordable)、强大(robust)和小巧(compact)。这种核聚变反应堆基于托卡马克(Tokamak)装置的原理,在足够高的温度(几千万甚至数亿摄氏度)中利用磁场来约束等离子体,以维持核聚变所需的环境。一个名为国际热核聚变实验堆(ITER)的托卡马克装置目前正在法国建造,可能将在本世纪30年代投入运行,造价高达数百亿美元。其他的一些研究机构正致力于更加快速、更加便宜的新方法,ARC就是其中最新的一个。

麻省理工学院设计的ARC之所以与众不同,是因为它使用了一种可进行商业化生产的新型超导体,名为稀土钡铜氧化物(REBCO)超导带材。这些超导体能够在反应堆内部制造出比过去强大得多的磁场。任何的磁场强度增加都会导致核聚变水平提高到原来的四次方,而REBCO超导体能够使磁场强度几乎翻倍,由此产生的核聚变能将比普通超导体高出一个数量级。

依靠这种核聚变能的大幅提升,麻省理工学院已经能够设计出一种体积更小(因此造价更低)但仍然可以产生大量电能的反应堆。拟建中的这第一台ARC反应堆原型是一座额定装机容量为270兆瓦的发电站,它的发电量是其耗电量的3-6倍。该反应堆可以为大约10万户家庭提供充足的电力,而且体积较小,只有ITER的一半大。它还有另外一个好处,那就是拥有一个模块化核心,这使维修和实验变得更加容易。

通过采用一种液体(氟锂铍熔盐)作为屏蔽材料、中子慢化剂和热交换介质,ARC反应堆的设计还会得到进一步简化。这种液体覆盖着反应堆,因为内部进行的核聚变而受热,然后流经高效率的布雷顿循环发动机进行发电。

ARC反应堆几乎完全基于经过验证的现有技术,麻省理工学院表示,复杂程度和大小相当的装置可以在五年内建成,造价只有ITER的“一小部分”。据我们所知,这一小部分是十分之九,但言外之意是ARC反应堆会便宜得多,这主要归功于体积更小。

研究人员指出:“完整的工程设计超出了这项ARC研究的范畴。”不过,没有理论和技术问题阻碍ARC反应堆工程设计的开发。如果是这样,我们或许可以在十年内看到一座全功能的ARC反应堆投入运行。

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