日期:2022/07/21   IA

How fusion breakthroughs will lead to clean renewable energy

 

泰勒博士

核聚變被許多人視為清潔、可再生能源的聖杯。

儘管自 1920 年代以來就進行了研究,但科學家們尚未克服技術問題和這一有望在未來提供能源的過程的經濟性。

然而,科學家們計劃在 2025 年啟動第一個聚變反應堆,該反應堆預計產生的能量超過運行它所需的能量。這將證明為電網提供經濟上可行的替代貢獻者的概念。

到達那裡有很長的路要走。核工程師 Chase Taylor 是愛達荷國家實驗室(一家核研究機構)的資深科學家。他正在努力解決一些使商業上可行的聚變反應堆成為可能的問題。

轉換能量
發電廠通過將機械能(例如將渦輪機的旋轉轉化為電能)來發電。這些工廠依靠化石燃料、核裂變或水力等可再生能源來轉動渦輪機。

裂變為當今的發電核反應堆提供動力。核裂變通過分裂原子釋放熱能。反應產生的能量加熱水,產生蒸汽來轉動渦輪機並最終產生電力。

裂變有很多優點。它提供非常可靠、低排放的能源,持久耐用,並且在所有能源中具有最低的年死亡率。眾所周知,先進的裂變反應堆系統可以在更小的封裝中進一步放大其優勢,並具有比當前設計更強大的安全性能。

正如切爾諾貝利和福島的事件所表明的那樣,如果設計或管理不善,裂變反應堆系統可能會很危險。大型工廠的初始資本投資很高,如果不進行回收利用,其廢品需要很長時間的儲存。

融合過程

聚變是一個單獨的過程,是一種核反應,其中低質量的原子核聚變形成更重的原子核,同時釋放能量。它是太陽的動力。

聚變反應堆使用氫同位素氘和氚作為燃料。同位素是一種化學元素的變化,在原子核中具有不同數量的中子。

聚變燃料的供應幾乎是無限的。科學家可以在聚變反應期間與鋰接觸產生氚,而氘可以在海水中找到。雖然海水中含有一小部分元素,但聚變燃料充滿了我們的海洋,為我們提供了幾乎無限的燃料供應。聚變的另一個好處是聚變反應堆不會發生失控的災難性核事件,例如熔毀。

“這是不可能的。即使在最遙遠的可能性中,”泰勒說。 “這並不是說它被設計成安全的,這只是聚變的物理特性。簡單地說,如果出現任何問題,聚變反應就會停止。這實際上就是讓融合變得如此具有挑戰性的原因。”

但是融合有一些缺點。控制聚變反應已被證明是困難的。氫彈是基於不受控制的聚變反應。如果能夠以可控的方式逐漸釋放相同數量的能量,那麼聚變就可以實現它的承諾。

核聚變還會對核電站系統和一些放射性廢物造成輻射損傷,而且初期運營成本也會很高。