美國開建世界首座商用核聚變發電廠

【#美國開建世界首座商用核聚變發電廠#】據美國《新聞週刊》網站12月19日報導，美國麻省理工學院提供技術支持創建的聯邦核聚變系統公司（CFS）17日宣佈，計劃在維珍尼亞州切斯特菲爾德縣建造世界上第一座商用核聚變發電廠。

這座ARC（經濟、耐用、緊湊型之意）核聚變反應堆工廠將位於占士河工業園區，旨在徹底改變清潔能源生產。

CFS公司首席執行官兼聯合創始人波比·馬姆加德在一份聲明中說：「這是一個歷史性時刻。本世紀30年代初，所有人的目光都將聚焦作為商業聚變能源發源地的切斯特菲爾德縣。」

預計這座發電廠將生產400兆瓦的電力，足以為大約15萬戶家庭或大型工業設施供電。

核聚變是將兩個較輕的原子核結合形成一個更重的原子核並釋放出大量能量的過程。太陽和其他恒星就是靠這個過程獲得能量，這一過程發生在一種所謂的等離子體的物質狀態中——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，核聚變能帶來若幹好處。

國際原子能機構說，它每單位燃料產生的能量要多得多——每公斤燃料產生的能量是燃燒煤炭的400萬倍——而且不會產生衰減時間很長的放射性廢料。

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

聚變天生是安全的，因為反應只在精確條件下才能發生。如果這些條件沒有得到滿足，反應就會停止，消除了利用核裂變原理的切爾諾比利這樣的核泄漏災難中出現的失控風險。

儘管大有希望，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，這一挑戰花費了數十年的研究才得以解決。

2022年，科學家們實現了一個歷史性的里程碑，讓聚變產生的能量超過了啟動反應所需的能量——這是歷經70年取得的成就。然而，重大障礙依然存在。

並未參與該項目的帝國理工學院慣性聚變研究中心研究員布萊恩·阿佩爾比強調了兩大障礙：維持聚變過程的穩定，並將由此產生的能量轉化為實際應用。

阿佩爾比對《新聞週刊》記者說：「聚變燃料是以等離子體的形式存在的。這是比太陽中心溫度更高的一團氫的同位素。問題是，當製造出這麼熱的東西時，它只想四散分開。」

在恒星中，巨大的引力抵消了這種趨勢，將等離子體聚集在一起。阿佩爾比說：「我們在地球上試圖做的就是設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，利用能源的任務依然艱巨。

阿佩爾比說：「在這些反應堆中，能量以帶電粒子和高能中子的形式出現。帶電粒子停留在熾熱的等離子體中，而出來的是中子。」

中子以極高的速度飛出，因此工程師們必須設法將它們的動能轉化為可以用來驅動蒸汽渦輪機的熱量。

CFS尚未建造其示範反應堆SPARC，該反應堆定於2027年投入運行。

阿佩爾比認為，SPARC將成為CFS雄心勃勃的目標的關鍵試金石，這個目標就是在本世紀30年代初之前交付一個商用聚變發電廠。

核能利用了愛恩斯坦著名的等式E=mc2，其中能量源自「質量虧損」——核反應前後的質量差異。

在聚變和裂變中，由於光速（等式中的「c」）的平方是一個很大的乘數，所以微小的質量差異會轉化為巨大的能量釋放。

像ARC這樣的聚變反應堆將利用反應中釋放的能量將熱水轉化成蒸汽，推動渦輪機，這一點很像傳統的發電廠。然而，關鍵的挑戰在於有效利用反應產生的快速移動的中子，把它們的能量轉化為可用的熱量。（編譯/劉曉燕）