麻省理工初創公司成功向商業核融合能源邁進一步

麻省理工學院科學家創立的一家初創公司表示,它正在接近一個技術里程碑,這可能使世界更接近聚變能,而聚變能幾十年來一直讓科學家們望而卻步。

麻省理工學院等離子體科學與聚變中心的研究人員和聯邦聚變系統公司的工程師已經開始測試一種極其強大的磁鐵,它需要產生巨大的熱量,然後才能轉化為電能。它將打開通往他們認為最終可能成為聚變反應堆的大門。

聚變能源長期以來一直被認為是應對氣候變化影響所需的最重要技術之一,因為它可以產生大量廉價的清潔能源。

但是,儘管進行了數十年的投資並且經常做出過於激進的承諾,但聚變研究並沒有獲得商業回報。儘管國際實驗有著悠久的歷史,但科學家們還沒有創造出產生比消耗更多能量的聚變系統。

與分裂原子的傳統核裂變能一樣,聚變能不會消耗化石燃料,也不會產生溫室氣體。它比核裂變更可取,因為它的燃料,通常是氫同位素,比當前核電站使用的鈾更豐富,並且因為聚變廠會產生更少的危險和更少的放射性廢物。

儘管聚變能源的突破仍然難以實現,但它仍然被認為是結束對化石燃料依賴的可能的高科技途徑之一。一些研究人員認為,融合研究最終可以在這十年向前邁進一大步。

美國、歐洲、中國和澳大利亞的二十多家私營企業以及政府資助的財團現在正在大力投資建設商業聚變反應堆。比爾蓋茨和傑夫貝索斯等人的總投資正在接近 20 億美元。

聚變工業協會首席執行官安德魯·霍蘭德(Andrew Holland)表示,聯邦政府每年還在聚變研究上花費約 6 億美元,並提議在拜登政府的基礎設施法案中增加 10 億美元。

一些初創企業和財團正在建造強大的激光器來產生聚變反應,而另一些正在探索新型燃料。他們中的大多數人都宣稱有一個類似的願景——他們將能夠證明他們的技術可以在這十年內生產價格具有競爭力的電力,並在 2030 年後不久建造商業工廠向電網輸送電力。

A testing machine used in the creation of powerful magnets that Commonwealth hopes will lead to a successful fusion reactor.

Commonwealth 的新型磁鐵將成為世界上最強大的磁鐵之一,它將成為被稱為託卡馬克的緊湊型核聚變反應堆的重要組成部分,這種設計利用磁力壓縮等離子體,直到它比太陽還熱。反應堆看起來像一個被磁鐵包圍的甜甜圈形狀的罐子。蘇聯物理學家最初在 1950 年代就設想了它。

Commonwealth Fusion 的高管聲稱,磁鐵是一項重大的技術突破,將使託卡馬克設計首次具有商業可行性。他們說他們還沒有準備好測試他們的反應堆原型,但研究人員正在完成磁鐵並希望它可以在 2025 年使用。

馬薩諸塞州的科學家們希望,本月他們將展示一種磁場強度,該磁場強度幾乎是歐盟全球財團和其他六個國家在法國卡達拉什組裝反應堆計劃使用的磁鐵強度的兩倍。該財團希望在 2035 年開始在該地點發電。

“如果你去一個更高的磁場,你可以得到更小的尺寸,”聯邦首席執行官、等離子體物理學家 Bob Mumgaard 說。他說,如果有可能建造一個只有法國計劃中反應堆大小五十分之一的裝置——大約有一個足球場那麼大——它將能夠產生幾乎同樣多的電力。

Commonwealth 的磁鐵將是用於在大約網球場大小的空間內製造甜甜圈形狀容器的 20 塊磁鐵之一。今年,聯邦在馬薩諸塞州德文斯建立了一個佔地 47 英畝的場地,將在那裡建造原型反應堆和磁鐵工廠。磁鐵是通過在類似錄像帶的背襯上沉積一層奇異材料製成的,然後將其纏繞在用於容納聚變反應的瓶子上。

迄今為止,Commonwealth 已經籌集了超過 2.15 億美元並擁有 100 名員工,去年,麻省理工學院等離子體科學與聚變中心的物理學家和該公司在《等離子體物理學雜誌》上發表了七篇同行評議的論文,解釋說,該公司獲得了顯著的推動。反應堆將按計劃運行。

仍有待證明的是,聯邦原型反應堆可以產生比消耗更多的能量,物理學家將這種能力定義為 Q 大於 1。該公司希望其原型完成後,產生的能量是其消耗的 10 倍。

迄今為止,從聚變反應堆獲得正能量輸出的最大努力是通過歐洲聯合環面或 JET 項目實現的,該項目是 1983 年在英國牛津郡開始運行的託卡馬克。在十年前關閉之前,該設備能夠產生 16 兆瓦的聚變功率,同時消耗 24 兆瓦。

An internal view of the Joint European Torus vessel with a complete metallic wall of beryllium and tungsten.

聯邦還必須讓懷疑者相信聚變反應堆可以具有競爭力地發電。其他類型替代能源的成本下降以及建造全尺寸聚變反應堆的巨額成本是潛在的障礙。

普林斯頓大學退休等離子物理學家丹尼爾·賈斯比 (Daniel Jassby) 在《原子科學家公報》和《物理學與社會》(Physics & Society) 中撰寫了關於聚變能商業潛力的評論文章。他將一些初創公司描述為從事“巫毒聚變能源”。許多公司尚未證明他們的技術會產生聚變反應。

他將英聯邦與這一類分開是因為託卡馬克設計產生了聚變能力。但他認為,新的聚變技術不太可能產生廉價的電力。

“他們的說法是沒有道理的,”賈斯比在接受采訪時說。 “他們最終可能能讓這樣的事情奏效,但不是在他們談論的時間範圍內。”

作為回應,Mumgaard 先生說 Jassby 先生沒有考慮他的聯邦和麻省理工學院的新技術進步的力量。研究人員將很快實現。

他說,與其他能源不同,聚變將在沒有資源的情況下產生能量。 “你把所有的成本加起來,比如混凝土和鋼材等普通材料的成本,它的發電量將與天然氣廠一樣多,但無需支付天然氣費用,”蒙加德先生說。