【消費電子實驗室-2021/7/19】英國一家創業能源公司在研發核聚變發電站的全球競爭中出于領先地位，該公司有望在2030年代末交付世界上第一個商業核聚變電站。據悉，該公司已獲得1.5億英鎊私人投資，并將得到英國政府1000萬英鎊撥款。 據報道，托卡馬克能源公司（Tokamak Energy）總部位于牛津郡泰晤士河谷迪德科特（Didcot）工業園，目前有員工165人，是一個由世界頂尖科學家組成的團隊，致力于研發核聚變電站。 核聚變（nuclear fusion）是兩個氫原子融合成一個氦原子，這一過程釋放出大量能量，是恒星燃燒的過程，因此利用核聚變發電又被稱為“人造太陽”。 托卡馬克能源公司的聯合創始人和副總裁大衛·金漢（David Kingham）博士表示，該公司擁有的核聚變反應堆ST 40在數周內將創下一個里程碑似的紀錄，反應堆的等離子體將達到驚人的1億攝氏度，是太陽中心溫度的6倍多。 該反應堆是一個直徑約6英尺的球形鋼罐，里面裝著黑暗、旋轉的過熱氫氣，即等離子體。當一束高能量的亞原子粒子射入反應堆，等離子體會立即發出火花和光芒，即產生核聚變反應，產生超過1500萬攝氏度的高溫。 只有一個強大無比的電磁鐵系統才能防止裝有等離子體的容器瞬間被汽化。 核聚變反應堆產生的熱量可以被英國原子能管理局的一個團隊（也位于牛津郡）發明的一種叫做“分流器”的裝置所利用。熱能將被用來加熱蒸汽以驅動渦輪機，從而產生電力，為推進器提供動力。
核聚變電站工作原理示意圖 自1930年代以來，在商業規模上利用核聚變一直是能源技術部門的“圣杯”。核聚變懷疑論者預言，無論科學上的努力和明顯的進展如何，核聚變產生電力至少在"50年之后"。 金漢博士則表示，托卡馬克能源公司有望在2030年代末交付世界上第一個商業核聚變電站。 他還表示，公司不是提供一個核聚變電站，而是“很多個”，將在英國的生產線上進行“全球部署”，每臺機器能夠穩定地輸出150兆瓦的電力，足以為一個擁有15萬人口的城市供電，例如附近的牛津。 據報道，英國商業、能源和工業戰略大臣夸爾滕（Kwasi Kwarteng）7月15日將訪問該公司位于迪德科特的工廠，并將宣布提供1000萬英鎊政府撥款支持。 據悉，該公司已經獲得1.5億英鎊的私人投資。 金漢博士表示，該公司成功的關鍵在于兩項關鍵的創新。 其他反應堆使用電磁鐵來容納等離子體，而他們使用超導體。當冷卻到接近絕對零度，即零下273攝氏度時，超導體對電流沒有阻力。 但維持如此低的溫度需要巨大的能量，以至于可能會消耗反應堆的大部分輸出。 為了解決這個問題，托卡馬克能源公司已經開發了高溫超導體磁鐵并申請了專利，該磁鐵使用一種被稱為稀土氧化鋇銅的物質，只消耗十分之一的能量。 公司的第二個創新是反應堆的形狀，像一個帶芯的蘋果。早期的設計像是空心的甜甜圈。這一變化使該公司的設計效率大大提高。 金漢博士表示，高溫超導體和球形反應器的結合具有巨大的優勢，最終將使核聚變能源大大便宜。 據悉，與通過分裂鈾原子釋放能量的傳統核裂變反應堆不同，核聚變電站永遠不可能發生核泄漏事件，因為一個發生故障的聚變反應堆會簡單地變冷，聚變過程消失。 同時，核聚變反應堆的燃料將取之不盡，用之不竭，而且便宜得難以想象，因為其原材料氫氣可以從海水中提取。 它還將具有不可估量的環境效益，不僅實現“零碳”電力生產，而且不受天氣變化影響。 目前包括美國航空巨頭洛克希德-馬丁公司和亞馬遜公司在內的私企也在競相開發商業核聚變能源。 還有一些國家和國際的合作項目，如ITER，一個由35個國家（包括英國）組成的財團正在法國南部建造的實驗性反應堆。 但是，ITER是巨大和不方便的。它于2007年開始建設，直到2020年代末才開始運行。它的場地有60個足球場那么大。 托卡馬克能源公司計劃的核聚變電站模型將與普通房屋一樣大小，并且只需要幾個月而不是幾年時間來制造。 據報道，夸爾滕此前曾稱贊托卡馬克能源公司是一個“開拓者”，稱該公司已經證明了核聚變 “作為一種潛在的無限、清潔和安全的能源具有顯著的潛力”，并且可以“鞏固我們作為全球科學大國的地位”。 |
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