这块巨型磁体可能开启核聚变清洁零碳电力之门

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  • 核聚变可能提供无限的清洁零碳电力。

  • 到目前为止,实验未能将反应维持足够长的时间。

  • 但现在,一块巨型磁体正处于让聚变发电成为现实的尝试核心。

想象一下几乎无限的清洁、无碳电力。这正是推动科学家建造全球最大磁体的梦想。

ITER项目位于法国南部,正在推动核聚变研究的边界,即一种原子聚合并释放巨大热量的反应。这一过程为太阳提供能量,但迄今为止,人类仅能在实验反应堆中于地球上短暂实现。

其希望在于,利用强大的磁场控制聚变反应产生的等离子体,使其能够持续足够长的时间,从而加热水产生蒸汽,驱动涡轮发电机。

ITER并不会很快为电网供电。他们正在建造的是托卡马克(Tokamak)——一种旨在利用聚变能量的实验装置。如果该项目这一阶段取得成功,下一步将是建造原型发电厂。

与传统的裂变核电站不同,聚变几乎不产生有害废料,也不排放二氧化碳。聚变反应会产生氦气。它还具有可再生性——其燃料氘和氚由氢制得,可从海水中提取。

“聚变是少数可能实现大规模无碳能源生产的选项之一,”正在建造这块磁体的公司General Atomics工程与项目总监John Smith接受《Live Science》采访时表示。

“它提供了一种安全、清洁、持续可用的资源,不产生排放,也不产生长期存在的废物。”他补充道。


聚变温度高于太阳

启动聚变反应需要消耗大量能量。燃料必须加压并加热至极高温度,以形成等离子体——这种物质类似气体,但密度比空气低近一百万倍。

我们获得了等离子体!欧洲JET托卡马克在运行期间(右图)及运行后的内部情况。Image: ITER/JET

因此,一大挑战是确保新的聚变反应堆产生的能量超过其消耗的能量。目前的聚变发电世界纪录由欧洲实验性托卡马克JET保持,该装置需要24兆瓦的加热功率才能产生16兆瓦的聚变功率。

但ITER科学家对其新型甜甜圈形反应堆的表现持乐观态度。他们表示,一旦反应启动,聚变将产生强烈热量——1.5亿摄氏度,比太阳核心温度高10倍。

这块高18米的磁体被称为中央螺线管,建成后重达907吨,其产生的磁场将比地球磁场强280,000倍——强到足以将一艘航空母舰升至空中。

磁体(蓝色)位于反应堆核心,周围环绕着容纳等离子体(紫色)的线圈。Image: ITER

该磁体已经从位于美国加利福尼亚州圣地亚哥的工厂开始运输(其制造地),先运往得克萨斯州休斯顿,随后经海运运至马赛,并以公路完成最后一段行程,前往艾克斯-普罗旺斯附近的ITER场址。

届时,另一个巨型部件也将与之会合,即全球最大的超导线圈,它将环绕反应堆核心,该线圈目前由日本三菱重工制造,三菱重工是世界经济论坛的战略合作伙伴。

该项目总计涉及35个国家,包括美国、法国、中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和英国,这些国家和地区共同制造了超过100万个部件,用于这座新工厂。

世界经济论坛在清洁能源转型方面有何举措?

ITER科学家表示,宇宙中超过99%以等离子体形态存在,包括星际物质、恒星和太阳。在地球上,等离子体用于霓虹灯管、闪电以及等离子电视。在自然界中,它们形成了北极光(极光)。

如果一切顺利,ITER的托卡马克应能于2025年12月产生首次等离子体。

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