还有合并？
去年底关于中国专家建造合成反应堆的报道听起来很轰动（1）。 中国官方媒体报道称，位于成都研究中心的 HL-2M 设施将于 2020 年投入使用。 媒体报道的语气表明，获取取之不尽的热核聚变能量的问题得到了永远解决。
仔细观察细节有助于降低乐观情绪。
的Nowy 托卡马克装置采用比目前已知的更先进的设计，应该会产生温度超过 200 亿摄氏度的等离子体。 中国核工业集团公司西南物理研究所所长段秀如在新闻稿中宣布了这一消息。 该设备将为从事该项目的中国人提供技术支持 国际热核实验反应堆（ITER）以及建筑。
所以我认为这还不是一场能源革命，尽管它是由中国人创造的。 反应堆 KhL-2M 迄今为止鲜为人知。 我们不知道该反应堆的预计热输出是多少，或者在其中进行核聚变反应需要多少能量水平。 我们不知道最重要的事情——中国的聚变反应堆是一种正能量平衡的设计，还是它只是另一个允许聚变反应的实验聚变反应堆，但同时需要比“点火”更多的能量作为反应的结果可以获得的能量。
国际努力
中国以及欧盟、美国、印度、日本、韩国和俄罗斯都是 ITER 计划的成员。 这是目前上述国家资助的国际研究项目中最昂贵的，耗资约20亿美元。 它是冷战时期米哈伊尔·戈尔巴乔夫和罗纳德·里根政府合作的结果，多年后被纳入所有这些国家于 2006 年签署的条约。
2. ITER托卡马克工地
法国南部卡达拉什 (2) 的 ITER 项目正在开发世界上最大的托卡马克，即必须使用电磁体产生的强大磁场来驯服的等离子体室。 这项发明是苏联在50年代和60年代开发的。 专案经理， 拉万科布伦茨，宣布该组织应在 2025 年 1 月之前接收“第一批等离子体”。ITER 应支持每次约 XNUMX 人的热核反应。 秒，获得力量 500-1100兆瓦. 相比之下，迄今为止最大的英国托卡马克， 喷射 （联合欧洲圆环），保持反应数十秒，并获得力量达 16 MW. 这个反应堆中的能量将以热的形式释放——它不应该被转化为电能。 向电网输送聚变发电是不可能的，因为该项目仅用于研究目的。 只有在ITER的基础上，才能建造下一代热核反应堆，达到功率 3-4千兆瓦.
正常聚变发电厂仍然不存在的主要原因（尽管进行了 XNUMX 多年的广泛和昂贵的研究）是难以控制和“管理”等离子体的行为。 然而，多年的实验已经产生了许多有价值的发现，今天的聚变能似乎比以往任何时候都更接近。
加入氦3，搅拌并加热
ITER 是全球聚变研究的主要焦点，但许多研究中心、公司和军事实验室也在从事其他偏离经典方法的聚变项目。
例如，近年来在 来自麻省理工学院 实验 Helem-3 在托卡马克上给出了令人兴奋的结果，包括 能量增加十倍 等离子。 麻省理工学院在 C-Mod 托卡马克装置上进行实验的科学家与比利时和英国的专家一起，开发了一种包含三种离子的新型热核燃料。 团队 阿尔卡特 C-Mod (3) 早在 2016 年 XNUMX 月就进行了一项研究，但这些实验的数据直到最近才被分析，揭示了等离子体能量的巨大增加。 结果是如此令人鼓舞，以至于在英国运行世界上最大的核聚变实验室 JET 的科学家们决定重复这些实验。 实现了同样的能量增加。 研究结果发表在《自然物理学》杂志上。
3. Tokamak Alcator C-Mod 运行中
提高核燃料效率的关键是添加微量的氦 3，一种氦的稳定同位素，用一个中子代替两个中子。 Alcator C 方法中使用的核燃料以前只包含两种离子，氘和氢。 氘是氢的稳定同位素，其核中有一个中子（与没有中子的氢相反），约占燃料的 95%。 等离子体研究中心和麻省理工学院 (PSFC) 的科学家使用了一种称为 射频加热. 托卡马克旁边的天线使用特定的无线电频率来激发粒子，并校准波以“瞄准”氢离子。 由于氢只占燃料总密度的一小部分，因此仅将一小部分离子集中在加热上就可以达到极高的能量水平。 此外，受激的氢离子传递给混合物中的氘离子，这样形成的粒子进入反应器的外壳，释放热量。
当氦 3 离子以小于 1% 的量添加到混合物中时，该过程的效率会提高。 通过将所有的无线电加热集中在少量的氦 3 上，科学家们将离子的能量提高到了兆电子伏特 (MeV)。
先到先得 相当于俄语：吃迟到的客人和骨头
在过去的几年里，受控聚变工作领域的许多发展重新点燃了科学家和我们所有人最终达到能源“圣杯”的希望。
良好的信号包括美国能源部 (DOE) 的普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的发现等。 无线电波在显着减少所谓的等离子体扰动方面取得了巨大成功，这在“修饰”热核反应的过程中可能是至关重要的。 同一研究小组在 2019 年 XNUMX 月报告了锂托卡马克实验，其中测试反应器的内壁涂有锂，这是一种众所周知的电子产品电池中常用的材料。 科学家们指出，反应堆壁上的锂衬里吸收了分散的等离子体粒子，防止它们反射回等离子体云并干扰热核反应。
4. TAE Technologies 项目的可视化
来自主要知名科研机构的学者甚至在他们的声明中变得谨慎乐观。 最近，私营部门对受控聚变技术的兴趣也大大增加。 2018 年，洛克希德·马丁公司宣布了在未来十年内开发紧凑型聚变反应堆 (CFR) 原型的计划。 如果公司正在研究的技术有效，卡车大小的设备将能够提供足够的电力来满足 100 平方英尺设备的需求。 城市居民。
其他公司和研究中心正在竞相看谁能建造第一个真正的聚变反应堆，包括 TAE Technologies 和麻省理工学院。 甚至亚马逊的杰夫贝索斯和微软的比尔盖茨最近也参与了合并项目。 NBC 新闻最近统计了美国的 XNUMX 家小型融合公司。 General Fusion 或 Commonwealth Fusion Systems 等初创公司专注于基于创新超导体的小型反应堆。
“冷聚变”的概念和大型反应堆的替代品，不仅是托卡马克，还有所谓的。 仿星器， 设计略有不同，包括在德国制造。 对不同方法的探索也在继续。 这方面的一个例子是一个名为 Z-捏， 由华盛顿大学的科学家建造，并在最新一期的《物理世界》杂志上进行了描述。 Z-pinch 通过在强大的磁场中捕获和压缩等离子体来工作。 在实验中，可以使等离子体稳定 16 微秒，而聚变反应持续了大约三分之一的时间。 该演示本应表明小规模合成是可能的，尽管许多科学家仍然对此表示严重怀疑。
反过来，由于谷歌和其他先进技术投资者的支持，加利福尼亚公司 TAE Technologies 使用了不同于典型的聚变实验， 硼燃料混合物，用于开发更小、更便宜的反应堆，最初是为了所谓的聚变火箭发动机。 原型圆柱形聚变反应堆（4) 带有反光束 (CBFR)，可加热氢气以形成两个等离子环。 它们与惰性粒子束结合并保持在这种状态，这应该会增加等离子体的能量和耐久性。
另一家来自加拿大不列颠哥伦比亚省的融合创业公司 General Fusion 得到了杰夫·贝佐斯本人的支持。 简单地说，他的概念是将热等离子体注入钢球内的液态金属球（锂和铅的混合物）中，之后等离子体被活塞压缩，类似于柴油发动机。 产生的压力应该会导致聚变，这将释放大量能量来为新型发电厂的涡轮机提供动力。 General Fusion 的首席技术官 Mike Delage 表示，商业核聚变可能在十年内首次亮相。
5. 美国海军热核专利的插图。
近日，美国海军还为“等离子聚变装置”申请了专利。 该专利谈到了磁场以产生“加速振动”（5）。 这个想法是建造足够小以便携带的聚变反应堆。 不用说，这项专利申请遭到了质疑。
