核聚变新贵 邓雪梅

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1、核聚变“新贵”邓雪梅/编译通用核聚变公司的反应堆技术是通过活塞把燃料挤压到一个液体铅的旋转涡流中●在风险投资和诸多希望的推动下，可替代核聚变技术研究正在升温。然而，这些替代技术真的能够维持其势头并证明其可行，抑或像之前的一些核聚变梦想一样夭折？要来到世界上最神秘的核聚变研发地之一，参观者必须在加利福尼亚尔湾东部圣塔安娜山脚下的一个办公区域下车，这里是一处占地很大却没有任何标志的美国核聚变研究基地——三阿尔法能源公司(TriAlphaEnergy)所在地。要进入公司总部，参观者必须签署保密协议后方可进入。为了保护

2、商业秘密，三阿尔法公司甚至没有一个网站，但从其他一些过滤掉的信息片段可以表明，该公司用于核聚变实验的大楼正在运营。作为一个超常规的项目——不使用环形托卡马克反应堆（其在40年中主导了核聚变研究）——三阿尔法公司正在测试一个更小、更简洁、更便宜的核反应堆。或许，这个反应堆在不到十年的时间里可以实现商用聚变能源，或远远领先于托卡马克反应堆技术。一段时间以来，随着“国际热核聚变反应堆”（ITER）项目的延期以及成本超支，即在法国卡达拉奇建造的有望成为世界上第一个能够从持续燃烧的等离子体燃料中产生能量的ITER项目，其

3、成本最终将高达500亿美元——大约是原先预算的十倍——并且在2027年才有望商业化运作，落后预定计划十一年之久。相比之下，三阿尔法公司的反应堆技术听起来特别地具有吸引力。在过去的十年时间里，包括三阿尔法团队在内的美国、加拿大的物理学家相继推出了一些核聚变反应堆的替代设计，有些设计报告了令人鼓舞的结果。其中，三阿尔法公司的设计还吸引了可观的投资——已从微软联合创始人保罗·艾伦（PaulAllen）以及俄罗斯风险投资公司“奈米科技公司”募集了1.5亿美元。然而，伴随着这种替代设计而来的更多的是审查。“要改变反应堆的

4、比例，其中有非常棘手的问题要克服。”麻省理工学院的核物理学家杰弗里·弗里德伯格（JeffreyFreidberg）说。比如，三阿尔法公司必须证明它能够实现高能值燃料所需的数十亿开尔文温度，并且有一个切实可行的将输出能量转化成电能的方法。“或许，类似的问题其他替代设计有解决的办法，”美国聚变能协会负责人斯蒂芬·迪恩（StephenDean）说，“但我不认为它们很快会实际应用。”模仿太阳原则上，建造核聚变反应堆是一个模仿太阳的过程。其原理是：取适当氢或其他轻元素的同位素，加热后把电子从原子核中剥离，以形成离子化的等

5、离子体。然后压缩等离子体使其暂时结合在一起，使原子核熔化并把其部分质量转换成能量。但在实践中，试图模仿一颗恒星会引起可怕的工程问题：例如，陷入磁场中的热等离子体易于扭曲翻转，就如同一条被激怒的蛇挣扎逃脱一样。事实上，从事核聚变研究的科学家一直青睐用托卡马克作为遏制等离子体“猛兽”的最佳方式。二十世纪五十年代前苏联物理学家开始研发并在十年后宣称，他们的反应堆达到了离子体密度，温度和约束时间比以往机器要高得多，提高了托卡马克控制高能量等离子体的方式。一开始，许多物理学家怀疑托卡马克是否最终可以实现商业化的输出功率。

6、尤其是初期阶段，其环形要由多个电磁线圈缠绕以形成限制等离子体的磁场，而更多的线圈则贯穿环形圈以驱动强大的电流，其复杂度是惊人的。其次是燃料（氢的同位素氘-氚的组合）。氘-氚作为动力被广泛认为是反应堆的明智选择，因为它们的燃点低于其他任何组合——大约为1亿开尔文——但却释放出更高的能量。其中80%的能量来自加速的中子反应，这将对反应堆内壁造成破坏，使其具有高度放射性。为此，中子能量需要用传统的汽轮机加热水温——效率仅有30%～40%。由于成本、复杂性加之进展缓慢，惯性约束聚变（实现受控热核聚变的途径之一）曾一度成

7、为替代托卡马克磁约束的呼声很高——它的燃料芯块是由高功率激光束点燃致其产生内爆——比如，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF），就是科学家现实其对核聚变能量的承诺。不同预案1998年，时年72岁的加利福尼亚大学物理学家诺曼·罗斯托克（NormanRostoker）等人创办了三阿尔法能源公司。他们提出用硼11和质子组合以取代氘-氚组合——硼11是一种稳定的同位素，而点燃质子和硼11组合需要大约十亿开尔文温度，这个温度几乎是太阳中心的100倍。理论上，硼11和质子组合在聚变事件中产生的能量仅是氘-氚

8、组合的一半，但反应生成物却不产生中子——恰好有3个α粒子（即氦核）。这些带电的α粒子，通过磁场进入到一个“逆回旋加速器”装置，后者将其大约90%的能量转化成电能。在托卡马克装置中点燃十亿开尔文温度的质子和硼11等离子体是不成问题的，但关键是控制住它的磁场。为此，罗斯托克团队设计了一组线性电抗器，看似两门彼此对垒的大炮——每个电抗器会点燃被称为等离子粒团的等离子体环，待等离子体中的离子流