我们离实现核聚变还有多远?

时间:2022-05-12 13:03:42   作者:
一种实用的核聚变技术已经存在,我们目前可以利用我们拥有的裂变聚变技术从核聚变中产生大量的能量(但在这一点上,我们不会选择将现有的实用核聚变技术商业化并加以利用)。

我们离实现核聚变还有多远

所有形式的发电都有一些缺点,但现代实用的核聚变形式有许多奇妙的优点,总的来说,实用的聚变值得重新评估和仔细的重新审视。经过仔细的调查,我认为大多数研究实际裂变-聚变(以及稍微更现代的聚变-裂变或ICF纯聚变)的缺点的人将权衡利弊:

1、几乎无限清洁调度电力。
2、切实消除全球能源短缺。
3、消除磨矿能源获取相关的贫困。
4、全球数十亿人因无法获得可靠的能源而缩短了生命。

实际上超过了可管理的潜在缺点。今天有一种实用的核聚变技术,它从核聚变中产生的能量比操作核聚变实验所需的能量还要多。这项技术经常被忽略。实际聚变在大多数受控纯核聚变的学术讨论中没有被提及,也许是因为当今的实际聚变技术来源于但又不完全相同的军事技术,通常需要使用少量的裂变核能来可靠地产生核聚变的条件。

人们普遍认为,核聚变的商业形式目前还需要30年的时间(而且将永远如此),但现实是,对核聚变如此普遍和过度的悲观是没有道理的。

我们目前不使用聚变核能作为一种能源的原因是,我们目前拒绝承认一种实用的裂变聚变技术的存在。相反,我们在缺点上纠缠不去,我们拒绝投入少量额外的工程努力,将今天的工作中的裂变-聚变技术(或更现代的聚变-裂变技术)商业化,以生产可以用来提高人类总体状况的实用的聚变发电厂。

在过去的50年里,人类在核聚变能源的生产问题上投入了大量的智慧。世界上一些最优秀的人才已经在这个问题上付出了他们最大的努力。目前至少有一种实用的核聚变方法,它工作可靠,产生的能量超过核聚变实验所需的能量。经过60年的艰苦研究,唯一能产生净能量的地球核聚变形式是裂变-聚变或裂变点燃的聚变。裂变引燃核聚变在1952年的艾维-迈克核试验中成功了,它仍然是自1952年核时代开始以来,唯一一项通过核聚变在实际商业水平上产生可靠能源的真正技术,惯性约束聚变实验Ivy Mike利用核裂变为核聚变创造条件,该实验不仅产生了净能量(核聚变实验产生的能量比操作核聚变实验所需的能量更多),而且获得了Qe>=12万亿的聚变增益因子。Ivy-Mike通过D-D融合反应获得了净能量,Qe>= 1.2 x 10^13。

核聚变产生的能量/电能,必须从当地电网中提取,才能成功触发和操作裂变聚变装置。在过去的60年里,世界上没有其他任何非军事纯聚变实验在任何时间,甚至在毫秒内实现了聚变增益因子Qe>1。实际的裂变聚变装置的裂变成分实际上可以相当小,裂变初级阶段只产生总能量的1%-5%。冷战时期Halite-Centurion现场试验在内华达州试验场试验表明,一束强烈的x射线足以产生少量的聚变点火(克)的氘氚燃料在小型空心球安装在一个远程距离x射线源。

成功的ICF DT聚变点火是通过一个强x射线聚变驱动器启动的,这不是一个猜想或技术推测,而是一个实验观察到的事实。ICF融合从另一种有前途的融合技术发展到一种可以按需反复演示的实用融合技术。这使得ICF融合的位置与当今任何其他形式的融合稍有不同。点火技术演示已通过实验演示,并在LLNL和LANL现场测试部门的单独试验现场反复工作了——10年的哈里特-百夫长系列现场测试。在液体(或固体)氘-氚(DT)中点燃一个惯性约束的热核聚变反应所需的能量并不大;它的量级不超过20兆焦耳或大约相当于有效燃烧2.5杯汽车汽油所释放的化学能。问题是,这些能量必须在空间上(集中到小于1厘米的区域)和时间上(小于10纳秒)被压缩。

虽然核聚变是人类唯一被证明能产生净能源的核聚变技术,但今天,有更小的纯核聚变装置的现代设计,旨在从海水中分离的氘的纯DD核聚变产生清洁能源(而不是爆炸效应)。其中一种被称为mini-Mike的设计,每次射击产生的可预测的可控能量为250 GJ。

我们离实现核聚变还有多远

清洁可持续能源比地球存在的时间还要长,否则太阳就会燃烧。氘核燃料的完全转换释放的能量含量为每公吨氘250 x 10^15焦耳。世界海洋中的氘量估计为4.6 x 10^13公吨。海水中存在的氘将产生大约5 x 10^11瓦特年的能量。在2017年,整个地球消耗了大约17亿吨的能源,这意味着海水中氘的能量含量足以供应294亿年的能源。

给地球上所有100亿人住在2050年能源繁荣我们的水平在发达国家使用,连续人均使用6千瓦的力量是典型的在欧洲,我们需要生成60太瓦作为地球——相当于每天9亿桶石油。地球形成以来的时间= 45.4亿年。太阳烧尽的时间= 50亿年。海洋中的氘能够以60太瓦的水平为地球提供83.3亿年的完全动力(比地球存在或太阳燃烧的时间还要长)。
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