技术突破让商业聚变发电厂更便宜、更容易建造

百科大全 2025年07月24日 06:11 1 admin

自 1945 年以来，实用聚变能源一直被吹捧为仅在 25 年内即可实现，但一些迹象表明它可能最早在下一个十年内实现。部分问题在于，托卡马克反应堆，即聚变发电厂的领先设计，已经变得有点像家庭扩建，失去了控制，耗费了比最初预算更多的时间和金钱。

得益于 TAE 科技公司的突破，商业聚变发电厂可能更便宜、更容易建造，该技术允许反应堆产生自己的遏制场，而无需大量磁线圈和其他系统。

托卡马克装置最初由伊戈尔·塔姆和安德烈·萨哈罗夫于20世纪50年代构想，利用环形磁场来限制氢等离子体，使其保持点燃聚变所需的类似太阳的压力和温度。问题在于，经过数十年的发展，托卡马克装置的设计已经变得庞大，需要巨大而复杂的超导磁线圈来产生限制场，以及同样复杂而巨大的电磁加热系统。

结果是，最大的托卡马克重达23000吨，距离实用还有很长的路要走。

TAE 表示，通过结合不同类型的聚变反应和新的反应堆设计，他们找到了一种比托卡马克装置更简单、更高效的商用反应堆建造方法。其方法是放弃环形场，转而采用基于场反转配置 (FRC) 原理的线性场。

规范反应堆 TAE技术公司

本质上，FRC 通过使等离子体产生自身的磁场约束场，从而消除了巨大的磁线圈。将高能氢离子加速并赋予其电中性电荷后，这些离子束以束流的形式注入等离子体。束流粒子与等离子体碰撞后，会重新电离，而碰撞能量则会加热等离子体。

巧妙之处在于，这会在等离子体中产生环形电流。随着这些电流的增强，最初用于控制等离子体的磁场会发生反转，等离子体开始产生自身的控制场。该场可以实时配置，以保持稳定性，并根据需要调整压力。

据TAE公司称，在相同磁场强度和等离子体体积的情况下，FRC反应堆的聚变功率输出比托卡马克装置高出100倍。这使得线性反应堆的设计变得出奇地简单，建造和运行成本也更低。该公司表示，通过使用一种新的中性束注入系统，他们能够改进之前的实验反应堆，减小机器的尺寸和复杂性，同时将成本降低50%。

Norman 与前任 Norman 的比较

此外，FRC 允许反应堆以质子-硼无中子聚变运行。这种聚变反应融合了一个氢原子核和一个硼-11原子，而不是两个氢同位素氘和氚原子。之所以称之为无中子聚变，是因为 p+¹¹B→3α+8.7MeV 反应不产生中子，而是产生三个α粒子（氦-4原子核）并释放出大量能量。

这是很有吸引力，因为中子越少，对反应堆的损害就越小，以带电粒子形式释放的能量更容易利用，需要的屏蔽就越少，而且硼-11相对丰富且不具有放射性。

新反应堆之所以被称为“诺姆”（Norm），是因为它比前身“诺曼”（Norman）短得多。这是因为新的FRC系统允许工程师们将长石英管倾倒在反应堆腔室的两端，这些石英管原本用于在等离子体注入过程中通过超音速碰撞产生等离子体。

Norm 的数据将用于指导下一个反应堆哥白尼的建设，这是 TAE 的商业原型，预计将在未来十年投入使用。

TAE首席执行官米歇尔·宾德鲍尔表示：“凭借Norm，我们掌握了FRC剩余的复杂性，并且通过其成功运行，TAE已显著降低了哥白尼项目的风险。这项仅在NBI取得的成就是TAE聚变研发的一个转折点，为精简设备指明了方向，这些设备可直接解决成本、效率和可靠性等商业关键指标。这一里程碑显著加快了TAE迈向商业化氢硼聚变的步伐，这将为子孙后代提供安全、清洁且几乎无限的能源。”

该研究发表在《自然通讯》杂志上。