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真假?麻省理工一创业公司说自己能制造商业化核聚变反应堆

纽约时报于8月10日报道了一个由麻省理工的工程师创建的初创企业,他们声称公司的技术已经使他们离成功生产商业化核聚变电力又近了一步。尽管各国已经研究核聚变数十年,因为它能产生大量干净的能源,但至今仍然没有能够商业化的核聚变装置。

一家由麻省理工的科学家创立的新公司表示,它正在接近一个技术里程碑,这可能使世界离聚变能源更近一步,而聚变能源几十年来一直让科学家们望而却步。

麻省理工学院等离子体科学和聚变中心的研究人员和联邦聚变系统公司的工程师,已经开始测试一种极其强大的磁铁,这种磁铁能够产生巨大的热量,然后将其转换为电能。他们认为这最终可能会打开一扇制成聚变反应堆的大门。

Photo by: Tiia Monto via Wikimedia Commons

长期以来,聚变能源一直被认为是应对气候变化影响所需的最重要技术之一,因为它可以产生大量廉价的清洁能源。

但是,尽管拥有数十年的投资和往往过于激进的承诺,聚变研究一直没有获得商业回报。虽然有很长的国际实验历史,但科学家还没有创造出发电量大于消耗量的聚变系统。

与传统的核裂变发电一样,核聚变能源不会消耗化石燃料,也不会产生温室气体。它比核裂变更可取,因为它的燃料,通常是氢同位素,比目前核电站使用的铀更丰富,而且聚变电站将产生更少的危险和放射性废料。

尽管在聚变能源上获得突破依然遥不可及,但它仍被认为是结束对化石燃料依赖的可能性的高科技途径之一。一些研究人员认为,聚变研究最终可能在这十年中取得飞跃。

美国、欧洲、中国和澳大利亚的二十多家私营企业以及政府资助的财团目前正在大力投资于建造商业聚变反应堆的努力。比尔·盖茨和杰夫·贝佐斯等人的总投资额正逐渐接近20亿美元。

聚变产业协会首席执行官安德鲁·霍兰说,联邦政府每年也在聚变研究上花费约6亿美元,而且有一项拟议的修正案要在拜登政府的基础设施法案中增加10亿美元。

一些初创公司和财团正在建造强大的激光器以产生聚变反应,其他公司正在探索新的燃料类型。他们中的大多数人都宣称一个类似的愿景:他们将能够证明他们的技术会在十年内生产出具有价格竞争力的电力,并在2030年后不久建立商业工厂,将电力输入电网。

联邦聚变系统公司的新磁铁将是世界上最强大的磁铁之一,它将是被称为托卡马克的紧凑型核聚变反应堆的一个重要组成部分,这种设计利用磁力来压缩等离子体,直到它比太阳还热。反应堆看起来像一个被磁铁包围的甜甜圈形罐子。正如苏联物理学家最初在20世纪50年代所设想的。

联邦聚变的高管们声称,磁铁是一项重大的技术突破,将使托卡马克设计首次具有商业可行性。他们说,他们还没有准备好测试他们的反应堆原型,但研究人员正在完成磁铁,并希望它在2025年之前可以使用。

马萨诸塞州的科学家们希望,本月他们将展示一个磁场,其强度几乎是欧盟和其他六个国家的国际联盟计划使用的磁铁的两倍,这个集团正在法国卡达拉舍核能研究设施中组装一个反应堆。它希望能在2035年开始在这个设施内发电。

担任联邦首席执行官的等离子体物理学家鲍勃·穆贾德说:“如果能创造一个更强力的磁场,就可以造出更小的尺寸。”

他说,如果有可能建造出一个仅有法国反应堆的五十分之一大小的设备,而法国的设备将大约有一个足球场那么大,那它也能够生产几乎同样多的电力。

联邦的磁铁将一共有20块,将在大约一个网球场大小的空间内创建一个甜甜圈形状的容器。今年,联邦公司在马萨诸塞州德文斯建立了一个占地47英亩的场地,它将在那里建造雏形反应堆和磁铁工厂。磁铁是通过在类似录影带的背板上沉积一层薄薄的奇异材料所制成的,然后缠绕在一个用于容纳聚变反应的瓶子上。

联邦聚变使用的托卡马克磁铁。Photo by: T. Henderson, CFS/MIT-PSFC via Wikimedia Commons

迄今为止,联邦公司已经筹集了超过2.5亿美元,雇用了150名员工。去年,麻省理工学院等离子体科学和聚变中心的物理学家和公司在《等离子体物理学期刊》上发表了七篇经同行评议的论文,解释了反应堆将按计划工作。

尚待证明的是联邦的样板反应堆能否产生比其消耗更多的能量,物理学家将这种能力定义为Q值大于1。该公司希望完成时的样机,将产生10倍于其消耗的能量。

到目前为止,从聚变反应堆中达到正能量输出的最佳尝试是由欧洲联合环形体(或称JET)项目实现的,这个项目是1983年在英国牛津郡开始运行的托卡马克。这个装置能够产生16兆瓦的聚变能量,但同时会消耗24兆瓦的能量。

联邦公司还必须让怀疑论者相信,聚变反应堆可以有竞争力地生产电力。其他潜在的障碍还包括:其他类型的替代能源的成本下降,以及建造全面核聚变反应堆的巨大成本。

普林斯顿大学的退休等离子体物理学家丹尼尔·贾斯比曾在《原子科学家公报》和《物理学与社会》上写过批评聚变发电的商业潜力的文章。他将一些新成立的公司描述为从事“巫术聚变能源”。而一些公司也还没有证明他们的技术会产生聚变反应。

他却将联邦公司从这一类别中分离出来,因为托卡马克设计已经产生了聚变动力。但他认为,新的聚变技术将不太可能产生廉价的电力。

欧洲联合环形体的聚变装置。Photo by: EUROfusion via Wikimedia Commons

贾斯比先生在接受采访时说:“他们的主张是没有道理的,他们也许最终能够使这样的东西发挥作用,但不是在他们所谈论的时间范围内。”

作为回应,穆贾德说,贾斯比没有考虑到他的公司和麻省理工的研究人员即将实现的新技术进步的力量。

他说,与其他能源不同,核聚变将在很大程度上会创造出不需要资源的能量。贾斯比表示:“你把所有的成本加起来,比如混凝土和钢铁这样的正常东西的成本,它也将产生和天然气工厂一样多的电力,但不需要支付天然气的费用。”