核聚变发电还有50年?美国开建世界首座核聚变发电厂,三年后发电

B站影视 2024-12-28 17:16 1

摘要:因为这种技术不仅仅是科学技术上要求非常高,解决的问题也不仅仅是科学技术问题,还涉及到工程方面的问题。

可控核聚变发电技术被认为是新能源发展的终极梦想,将会是人类社会在能源领域的里程碑式进展。

然而在这一领域中,一直以来都面临着重大的挑战。

因为这种技术不仅仅是科学技术上要求非常高,解决的问题也不仅仅是科学技术问题,还涉及到工程方面的问题。

无疑将可控核聚变发电掌控在手中,将会有无穷的可能性。

因为这就代表着人类将有能力去模拟太阳的能量释放。

但是现实情况并不乐观,甚至在很长一个时期内,都有人认为这个目标离我们还大概50年。

这不仅是我们能否实现可控核聚变的问题,同时也是看人类科学界能否迎来某种质变。

但是在不久之前,国际热核聚变实验反应堆(ITER)实验室传来了一个好消息,这似乎在一定程度上为可控核聚变“解禁”。

因为这个实验室所做的聚变能量已经超过了启动能量,打破了这一原本的桎梏。

而在这之后,美国麻省理工学院大规模支持的一家名为“联邦核聚变系统公司”(CFS)的组织迅速引起了人们的关注。

他们更是大力筹集资金,并且致力于建造一座全球首座商用聚变发电厂,并且将目标锁定在2027年,这无疑为这一领域的发展提供了重要助力。

那么关于核聚变的问题,我们还需要对它进行深入的探讨。

首先,作为核聚变反应,其需要的温度远远超过原子弹。

而作为太阳的核心部分,其温度也极其高达1500万摄氏度,并且具备强大的引力。

核聚变所需要满足的是这两条条件缺一不可,因此二者必须同时作用。

其次,氘与氚要比起铀来说,它们要轻,同时它们的活性也更强。

我们所熟知的氘与氚作为氢的同位素,主要存在于海水中,并且在大洋深处呈现所需浓度。

氘与氚之间的结合是能够释放出巨量的能量,这一点毋庸置疑。

而氘与氚所形成的同时,还会带来两个中子,同样会将大部分能量带走。

尽管随着科技进步,我们从海水中能够提取出氘,但其量还是相对而言比较有限的。

氚则并不能从自然界中直接提取,而是需要通过锂和中子反应合成,也就是在反应堆中去合成。

所以如果取海水中的氘和锂,进行聚变反应就会形成氚,同时还释放出大量高能的中子,这些中子会中子的这些会被吸收进锂,同时释放出热量。

第三点,作为等离子的物质状态,其状态非常特殊,在当今世界上并不能够用一种材料去直接将其包裹起来。

因为当今世界上所有材料都有一个最高耐受极限,在达到这个极限后就会融化或者破裂。

如果我们用机甲外层用金属去包裹的话,我们液态金属的熔点是1400摄氏度,因此就无法形成一个稳定的容器,供等离子体使用。

除此之外,当进行该方法冷却时,会对机壳造成伤害,导致机壳不能维持最基本的稳定性。

因此等离子体必须在一个磁阀和电阀的共同作用下,使其拖动并且包裹起来,二次循环,不然很快就会出现混乱和脱落,并且使得等离子体面临毁灭性后果。

所以这一过程同样非常复杂,对其要求也非常高,而且时间窗非常小,甚至很难计算出足够长的时间来进行各种各种复杂性的工作过程,不容许有一点差错可能就面临等离子体的崩溃。

美国CFS公司的目标是建造一种名为“ARC”的新型核聚变反应堆,这种聚变反应堆将成为世界首个实用化的核聚变反应堆,其产电能力高达400兆瓦。

当时CFS公司进行融资时,曾表示:“ARC将不会是一座实验性反应堆,我们将采取十分严谨的方法来进行分析和建造反应堆。”

自1960年代以来,可控核聚变发电动力一直都是能源界众所周知的话题,并且每隔五年左右,就会有这么一项新研究出来,同时还带来一大波新想象力,仿佛这一领域在那时就要实现突破。

然而人们每隔几年就会发现自己仍然处于原地踏步中。

随着2022年实验室里已知元素国家实验室的重大突破,那就是首次实现了聚变能量超过启动能量,这项成果给出了强劲动力。

人们一时间又重新充满了希望。

而如今作为CFS公司的首席执行官看来,这一生意前景确实非同凡响,并称其为“硅谷时刻”。

即将到来的“硅谷时刻”意味着什么呢?

就业内人士而言,他们认为这意味着未来可能会有数十亿美元投资流入新的聚变能源领域。

可是对于绝大多数人来说,他们更为关心的是,这个“硅谷时刻”能够加速全球能源生产方式的转变,实现绿色能源。

基于这种背景,只要具备一定资质的投资者就能够从中获得一份属于自己的商业化蛋糕。

然而为了建立视野广阔的未来,每个人都应该享有平等获得潜在水果经济利益机会。

尽管这所有的一切听上去十分令人振奋,但实际上,CFS公司面临着一些巨大的挑战。

首先,当下正忙于建造其示范反应堆SPARC,与此同时,时间愈加紧迫,因为只有三年时间来解决众多问题才能做到这一点。

然而更大的真正挑战才刚刚开始,因为要将SPARC学生成功再现到ARC模块化设备中,这是前所未有的尝试,并且之前没有任何文献可以为之提供指导。

其次,CFS需要完成其主要反应器组件的设计、采购、建造和安装,然后对装置进行调试,这其中任意一个步骤出现问题都有可能导致整体进度延误。

同时,一旦建立了装置,还需要在不牺牲安全质量性能的情况下,在非常短暂的时间内完成调试,这困难之高是前所未有的挑战。

还有就是要进行组装后测试,由于迄今为止尚未进行过示范反应堆制造经验,因此这些经验都是全新的,将测试过程复杂化,并增加了风险因素。

最后,就是设计ARC反应堆必需的一些组件,这些组件有着非常新颖且前卫的特性,例如先前没有已知物料化学特性已经确定,还需开发这些金属材料。

要将这些考虑因素综合来看,不难发现,其存在巨大的挑战,因为这些都是迄今为止尚无经验可循的新事物,因此成为人们敬畏甚至恐惧未知的重要原因之一。

科学上有一个描述聚变还不到商用阶段就提前建造商业发电厂,不同于从天而降,在非常有限的一条狭窄道路上走向完全商业化,没有另一条道路可以允许逐步采用新技术的小工业发展延迟到未来。”

实际上,大多数研究人员对这种形象并不认同,他们认为这个想象并不现实,需要走过许多不间断的发展阶段,而且每个阶段都要完成重要的任务并获得成功。”

尽管如此,美国CFS公司的努力仍将在核聚变领域激励着人们,并为实现可控核聚变发电注入更多动力,也为全球能源转型带来希望。”

那么如果CFS公司的这一努力最终获得成功,我国是否也会随之效仿呢?

或者说我国作为“全球光伏第一大国”,是不是后续也将朝着这一方向尝试呢?

答案似乎并不简单。

不可否认的是,我国目前虽然在光伏领域占据了绝对优势,但对于核聚变而言,目前还需要承担大量风险进行探索。

显而易见,我国也可以让许多企业拍卖股权加入其中,但这也需要巨额资金投入,因为每个企业都面临许多需求,并且没有哪一个企业敢冒险将所有资产砸进去。

就算资金到位,但技术上的突破仍然是最大的挑战,所以我国如果想追赶,需要将所有相关人员都整合到一起,并统一方向努力,从而实现突破,这是考验我国凝聚力和前进力的问题。

目前各国都在同步研发解决方案,但未来是不确定的,因此综合考虑各种因素,我国是否尽早效仿美国CFS公司的捷径,需要深思熟虑。

尽管可控核聚变这个问题依旧遥遥无期,但曾经当人类刚刚接触到核裂变的时候,同样也是这样认为,如今有了先进的大型强子对撞机,但是想要实现这一目标,则更加困难重重。

因此最终还是要看科研攻关团队以及各个国家科研机构之间研究所取得的重要突破,如果成功,那么全球都将沐浴在清洁、廉价、无穷无尽的光明之中。

来源:高山阿财

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