美國(guó)開(kāi)建世界首座商用核聚變發(fā)電廠

　　參考消息網(wǎng)12月21日?qǐng)?bào)道 據(jù)美國(guó)《新聞周刊》網(wǎng)站12月19日?qǐng)?bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院提供技術(shù)支持創(chuàng)建的聯(lián)邦核聚變系統(tǒng)公司(CFS)17日宣布，計(jì)劃在弗吉尼亞州切斯特菲爾德縣建造世界上第一座商用核聚變發(fā)電廠。

　　這座ARC(經(jīng)濟(jì)、耐用、緊湊型之意)核聚變反應(yīng)堆工廠將位于詹姆斯河工業(yè)園區(qū)，旨在徹底改變清潔能源生產(chǎn)。

　　CFS公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人鮑勃·馬姆加德在一份聲明中說(shuō)：“這是一個(gè)歷史性時(shí)刻。本世紀(jì)30年代初，所有人的目光都將聚焦作為商業(yè)聚變能源發(fā)源地的切斯特菲爾德縣。”

　　預(yù)計(jì)這座發(fā)電廠將生產(chǎn)400兆瓦的電力，足以為大約15萬(wàn)戶(hù)家庭或大型工業(yè)設(shè)施供電。

　　核聚變是將兩個(gè)較輕的原子核結(jié)合形成一個(gè)更重的原子核并釋放出大量能量的過(guò)程。太陽(yáng)和其他恒星就是靠這個(gè)過(guò)程獲得能量，這一過(guò)程發(fā)生在一種所謂的等離子體的物質(zhì)狀態(tài)中——這是一種與固體、液體和氣體不同的高溫帶電氣體。

　　與分裂像鈾等較重的原子核的核裂變不同，核聚變能帶來(lái)若干好處。

　　國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)說(shuō)，它每單位燃料產(chǎn)生的能量要多得多——每公斤燃料產(chǎn)生的能量是燃燒煤炭的400萬(wàn)倍——而且不會(huì)產(chǎn)生衰減時(shí)間很長(zhǎng)的放射性廢料。

　　聚變的燃料——氘和氚等氫的同位素——豐富，其中氘來(lái)自海水，而氚則可能利用鋰獲得。

　　聚變天生是安全的，因?yàn)榉磻?yīng)只在精確條件下才能發(fā)生。如果這些條件沒(méi)有得到滿(mǎn)足，反應(yīng)就會(huì)停止，消除了利用核裂變?cè)淼那袪栔Z貝利這樣的核泄漏災(zāi)難中出現(xiàn)的失控風(fēng)險(xiǎn)。

　　盡管大有希望，但聚變需要極高的溫度和壓力才能克服原子核之間的自然排斥反應(yīng)，這一挑戰(zhàn)花費(fèi)了數(shù)十年的研究才得以解決。

　　2022年，科學(xué)家們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)歷史性的里程碑，讓聚變產(chǎn)生的能量超過(guò)了啟動(dòng)反應(yīng)所需的能量——這是歷經(jīng)70年取得的成就。然而，重大障礙依然存在。

　　并未參與該項(xiàng)目的帝國(guó)理工學(xué)院慣性聚變研究中心研究員布賴(lài)恩·阿佩爾比強(qiáng)調(diào)了兩大障礙：維持聚變過(guò)程的穩(wěn)定，并將由此產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

　　阿佩爾比對(duì)《新聞周刊》記者說(shuō)：“聚變?nèi)剂鲜且缘入x子體的形式存在的。這是比太陽(yáng)中心溫度更高的一團(tuán)氫的同位素。問(wèn)題是，當(dāng)制造出這么熱的東西時(shí)，它只想四散分開(kāi)。”

　　在恒星中，巨大的引力抵消了這種趨勢(shì)，將等離子體聚集在一起。阿佩爾比說(shuō)：“我們?cè)诘厍蛏显噲D做的就是設(shè)法控制住少量這種極其熾熱的等離子體。”

　　即使成功控制住它們，利用能源的任務(wù)依然艱巨。

　　阿佩爾比說(shuō)：“在這些反應(yīng)堆中，能量以帶電粒子和高能中子的形式出現(xiàn)。帶電粒子停留在熾熱的等離子體中，而出來(lái)的是中子。”

　　中子以極高的速度飛出，因此工程師們必須設(shè)法將它們的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的熱量。

　　CFS尚未建造其示范反應(yīng)堆SPARC，該反應(yīng)堆定于2027年投入運(yùn)行。

　　阿佩爾比認(rèn)為，SPARC將成為CFS雄心勃勃的目標(biāo)的關(guān)鍵試金石，這個(gè)目標(biāo)就是在本世紀(jì)30年代初之前交付一個(gè)商用聚變發(fā)電廠。

　　核能利用了愛(ài)因斯坦著名的等式E=mc2，其中能量源自“質(zhì)量虧損”——核反應(yīng)前后的質(zhì)量差異。

　　在聚變和裂變中，由于光速(等式中的“c”)的平方是一個(gè)很大的乘數(shù)，所以微小的質(zhì)量差異會(huì)轉(zhuǎn)化為巨大的能量釋放。

　　像ARC這樣的聚變反應(yīng)堆將利用反應(yīng)中釋放的能量將熱水轉(zhuǎn)化成蒸汽，推動(dòng)渦輪機(jī)，這一點(diǎn)很像傳統(tǒng)的發(fā)電廠。然而，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于有效利用反應(yīng)產(chǎn)生的快速移動(dòng)的中子，把它們的能量轉(zhuǎn)化為可用的熱量。(編譯/劉曉燕)

　　來(lái)源：參考消息網(wǎng)