物理学界一直流传着这样一个笑话:在过去的80年里,商业上可行的聚变能源才刚刚出现——最多30年的时间。现在,稳定杏耀华盛顿一家新成立的公司Agni Energy Inc.有了一个聚变反应堆的计划,该公司说,这个计划可能比“刚刚开始”更接近现实。
现有的核反应堆使用一种称为裂变的过程,通过分裂原子来释放能量。但是裂变产生的放射性副产品必须被收集和储存。核聚变是裂变的反义词,它的意思是把东西连接在一起——在这个例子中,就是原子。
聚变反应堆将原子撞击在一起,从而释放能量。但是科学家们还没有能够创造出一个有用的聚变反应堆——一个产生的能量比投入的能量还要多的反应堆。如果科学家能达到核聚变能量的“地平线”,杏耀这些反应堆将产生比裂变多得多的能量,而不会产生有害的副产品。毕竟,这个过程是太阳的动力。
大多数聚变反应堆使用两种方法之一:要么用激光或离子束将等离子体加热到极端温度,要么用磁铁将等离子体挤压到非常高的密度。
但这两种方法都充满了问题。Agni energy Inc.首席科学长霍普金斯(Demitri Hopkins)说,光束需要向系统注入大量能量。用磁铁,如果你给等离子体充能,
杏耀挂机软件 ,你可能无法保持原子足够稳定来容纳所有的能量。
被遗忘的想法
这种新方法将利用电场和磁场来制造一种混合聚变装置。这种所谓的“束靶聚变”并不是试图从一个源聚变原子;相反,它将一束原子撞向一个固体目标——来自光束的原子与来自目标的原子融合。这种方法中的离子束由氘,或带有一个中子的重氢离子组成,目标由氚离子组成,一个带有两个中子的重氢离子。这种方法使用氢,氢是最轻的元素,因为在聚变过程中,最轻的元素产生最多的能量,霍普金斯说。
磁透镜稳定并激发离子束中的原子,当离子束击中目标时,这两种氢原子合并并释放出高能中子,这些中子可以用来加热水或驱动汽轮机。霍普金斯说,核聚变还产生了无毒的氦和少量原始燃料来源氚,氚具有轻微的放射性,但可以作为燃料重复使用。
霍普金斯说,这种波束对目标的聚变想法在20世纪30年代首次提出,当时“被认为是不可行的”,因为它消耗的能量比产生的能量还要多。他说:“这最初是作为一种聚变能量的途径而被抛弃的,因为它会释放出大量的能量。当它击中目标时,它分散得太多了。“这样会损失太多的能量,而这差不多就是(这个想法)的终结。”
更少的散射
然而,这个新方法背后的团队说,它可以通过改变原子的自旋偏振——或者自旋的方向——来调整目标和光束中的原子。霍普金斯说,通过使自旋倾斜,研究人员可以克服所谓的库仑势垒,即排斥靠得太近的原子的力。这使得原子散射的程度最小化,从而增加了收集到的能量。
霍普金斯大学和他的高中同学福勒斯特·贝顿(Forrest Betton)和埃里克·托马斯(Eric Thomas)在2011年设计了一个小型台式电脑模型,发现自旋极化可以将能源效率提高两个数量级。
然而,并不是所有人都相信这个方案可以扩展到桌面模型之外。
田纳西州橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)从事聚变反应研究的等离子体物理学家唐纳德·斯潘(Donald Spong)在一封电子邮件中告诉Live Science:“尽管这样的系统可以进行低水平的聚变反应……但从相当基本的原因来看,获得比投入更多的能量是无望的。”
这是因为散射可能太高了,Spong说,他没有参与烈火号的研究。
Spong说,即使自旋极化的奇异态降低了散射,“我们也必须评估产生所谓奇异态所需的能量能否被声称的反应效率的提高所克服。”
密歇根大学(University of Michigan)的等离子体物理学家约翰·福斯特(John Foster)没有参与这项计划,他并不认为这是不可能的,只是非常棘手。“我不能说永远不会,只是说这很有挑战性,”他说。“对于固体目标,散射很重要。”
然而,“自旋极化确实大大提高了效率,”他说。“关键是要在实践中集体完成。”
霍普金斯说,他对烈火号的设计不会花费30年时间感到乐观。霍普金斯说:“在过去的80年里,人们一直说他们已经接近核聚变了。“最终,总会有人破解它。”
看看哪艘船(如果有的话)会首先发现地平线,这将是令人兴奋的。