北京時(shí)間8月20日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)家近日聲稱，他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種可實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模應(yīng)用的新型核聚變反應(yīng)堆，并將其命名為“ARC”。研究人員認(rèn)為，“ARC”核聚變反應(yīng)堆建成后可提供無(wú)窮無(wú)盡的能源，這一目標(biāo)可在十年內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。
據(jù)科學(xué)家介紹，“ARC”核聚變反應(yīng)堆是一種托卡馬克式系統(tǒng)，即系統(tǒng)形似油炸圈餅。新型核聚變反應(yīng)堆將能夠比以往其它設(shè)計(jì)方案中更大型反應(yīng)堆提供更多的能量，比如電影《鋼鐵俠》中托尼-斯塔克所使用的核反應(yīng)堆。
“ARC”核聚變反應(yīng)堆剖面圖。雖然體積更小，造價(jià)更低，但“ARC”核聚變反應(yīng)堆依靠強(qiáng)大的新型磁鐵技術(shù)，能夠產(chǎn)生比其它大型核聚變反應(yīng)堆更多的能量輸出。
“ARC”核聚變反應(yīng)堆外觀形似油炸圈餅，與電影《鋼鐵俠》中托尼-斯塔克所使用的核反應(yīng)堆很像。
“ARC”核聚變反應(yīng)堆利用氘和氚兩種氫原子?？茖W(xué)家首先將氘和氚注入到反應(yīng)堆的安全殼內(nèi)，然后為其提高能量使得電子脫離宿主原子，形成等離子體，這一過程會(huì)釋放巨大的能量。科學(xué)家表示，如果這一技術(shù)能夠得以完善，它將能夠提供無(wú)窮無(wú)盡的能量，從此徹底解決全球能源危機(jī)。
托卡馬克式反應(yīng)堆是所有最有前途的核聚變反應(yīng)堆之一。托卡馬克式系統(tǒng)是一種像油炸圈餅樣的環(huán)形真空室。燃料在其中被加熱到1.5億攝氏度以上，形成熾熱等離子體。然后利用超強(qiáng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)等離子體離開安全殼內(nèi)壁。在安全殼的周圍有一圈超導(dǎo)線圈，負(fù)責(zé)產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)。然而，到目前為止，這種線圈是所有核聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)方案中的一大技術(shù)瓶頸。
“ARC”核聚變反應(yīng)堆與其它的托卡馬克式系統(tǒng)稍有不同，因?yàn)樗捎昧艘环N可商業(yè)應(yīng)用的新型超導(dǎo)體，這種超導(dǎo)體由稀土鋇銅氧材料制成。通過這種線圈可以產(chǎn)生更為強(qiáng)大的磁場(chǎng)，能夠更好地約束超熱等離子體，讓反應(yīng)堆體積更小、造價(jià)更低、建造更容易。
“ARC”新型核聚變反應(yīng)堆可用于核聚變的基礎(chǔ)研究，也可以作為核聚變電廠的原型。據(jù)研究人員介紹，隨著磁場(chǎng)能量的提升，核聚變產(chǎn)生的能量成四次方倍增。這就意味著，磁場(chǎng)能量提高一倍，產(chǎn)生的聚變能量將提高16倍。麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)成員布蘭頓-索爾博姆解釋說(shuō)，“磁場(chǎng)能量的任何一點(diǎn)點(diǎn)提升，將為你帶來(lái)巨大的收獲。”雖然這種新型超導(dǎo)體并不能將磁場(chǎng)能量提高到兩倍。但是，它們的磁場(chǎng)強(qiáng)度足以將核聚變產(chǎn)生的能量提高到標(biāo)準(zhǔn)超導(dǎo)技術(shù)的10倍。這種巨大的進(jìn)步將促進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和改進(jìn)。
目前，世界上最強(qiáng)大的聚變反應(yīng)堆是ITER(國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆)，位于法國(guó)，目前正在建造中。該反應(yīng)堆的建造預(yù)算大約為400億美元。“ARC”核聚變反應(yīng)堆是一個(gè)500兆瓦的反應(yīng)堆，直徑約為“ITER”反應(yīng)堆的一半。“ARC”的大半徑為3.3米，小半徑為1.1米。盡管尺寸和磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，但“ARC”與“ITER”物理原理完全一致。
根據(jù)目前的設(shè)計(jì)方案，“ARC”核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量將是維持它運(yùn)行的所需能量的大約三倍。不過，索爾博姆認(rèn)為，隨著系統(tǒng)的改進(jìn)，這一倍數(shù)將是五到六倍。目前，還沒有任何反應(yīng)堆能夠產(chǎn)生如此高的能量。因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這將是核聚變技術(shù)的一大突破。這樣的反應(yīng)堆，僅僅一臺(tái)所產(chǎn)生電能就足以滿足10萬(wàn)人的日常使用。研究團(tuán)隊(duì)表示，在五年內(nèi)，將有大小和復(fù)雜度近似的裝置面世。
托卡馬克能源公司首席執(zhí)行官大衛(wèi)-金漢姆表示，“核聚變能源將是22世紀(jì)地球上最重要的能源之一。”
