@ 2015.08.17 , 21:00
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磁铁技术研究进步,小型核反应堆十年内将变为现实

磁铁技术的进步让麻省理工学院(以下简称MIT)的科学家们设计出更便宜、小型、模块化、高效的核反应堆,并称这一技术可以形成商业化产品。最重要的是,这个清洁、几乎取之不竭的能源有望在十年内面世。

MIT的团队成员用最新的超导材料稀土钡铜氧化物(REBCO)做成高磁场线圈,而这是整个设计的核心。

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MIT核能科学与工程系教授Dennis Whyte介绍,这个材料能让我们用磁铁做出更大的反应的东西。不过喜帖跟我们做核反应堆有什么关系呢?核聚变产生电能和星星放电的物理原理一样。在反应堆里两个相对较轻的原子合在一起产生更重的元素,而星星也会产生非常热的等离子体,这个气体相当于带电气体。

越强的磁铁、越强的磁场就能让等离子体聚在越小的空间,也就是说同样大小的空间里能装下比之前更多的等离子体。也就等同于建造反应堆需要的材料和空间都变少了,反应时间也会变短,结果不就是一个更经济实惠的反应堆吗?

小型核反应对及其元件的相关概念在过去几十年里已经有了大量研究并测试得差不多了,这次MIT提出的新原型是将研究基础与潜在的发电装置原型相结合,让它能产生大量的能源。磁场越强,获得的能量就会越多。

新的反应堆原型利用氢聚变形成氦,并释放大量能量。为了维持反应继续并让它变得高效节能(释放的能量比消耗的多),等离子体必须被加热到比恒星内核还高的温度才行。新磁铁技术在这时就派上用场了,它们能吸收托卡马克(受控核聚变器的环形容器)中心的加热例子

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磁场中的一点提高都是巨大的成功,因为核聚变反应堆里的磁场强度变化对反应有很大的影响:可用的聚变动力增加,导致磁场功率增加了四倍,而磁场又被扩大了一倍也就是说这个设备产生的能量就多了16倍。

该研究称,新的磁体产生的磁场强度并没有放大一倍,但是这些超导材料的使用足以提高反应堆产生的能量到之前的10倍。开辟了核聚变反应堆的发展、标准设计道路。

目前世界最大的核聚变反应堆计划正在法国建设中,项目名称为ITER,预计耗资400亿美元。这个项目是在新超导体出现之前设计并投入生产的。MIT小组认为,他们的新设计能产生和法国这个大项目差不多的能源,但是反应堆的直径只有ITER的一半,成本也只是ITER的一小部分,建起来也更快。

他们将这次研究的反应器称为ARC,它的大小和磁场强度都和ITER相差甚广,但是物理基础却是完全一样的。

MIT研究组还计划让不拆除整体反应器的前提下取出核聚变核心,如果能做到这一点将会为以后核聚变核心的材料、设计进一步研究铺平道路,而这些归根结底还是为了提高核心性能。

此外,新超导体材料能让ARC和ITER一样让反应器持续运行,一次性产生几秒的输出稳定功率的电能,不至于让铜线圈过热。

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ARC的另一个关键突破是用液体材料代替覆盖在融化室周围的固体材料,这样一来能便于流通和更新互换。这样做还有一个好处就是降低运营成本:随着时间推移,固体材料需要被替换,而液体可以循环使用。

核聚变反应时,核心会被融化,外围的固体材料也面临及其严酷的环境,所以用液体来代替会好很多。

现在这个原型能发动的电能是保持发动所需消耗能源的3倍,据介绍只要对原型进行改进和微调就能上升到5~6倍。

到目前为止,已经设计完成的核聚变反应堆还没有谁能产生电能(准确来说是没有产生比消耗更多的电),所以ARC产生的净电能的设计很有可能带来重大突破,据MIT团队成员估计,它发的电够10万人使用。

核电肯定会是22世纪地球上最重要的电力来源,但是我们需要让核电进步得更快一点以避免全球变暖带来更大灾难。这次得设计无疑会带来很大希望。

本文译自 ZME Science,由译者 小笨 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 49+1

  1. Dry martini
    @2 years ago
    2902292

    看起来很高端。

  2. 2902294

    不明觉厉

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  3. 2902295

    那么什么时候可以安装在胸口呢

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  4. 呵呵
    @2 years ago
    2902300

    又是科学家强奸记者老母亲那样的标题

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  5. 哈佛教授
    @2 years ago
    2902303

    早点到来吧,生产更多的粮食,喂饱更多的人,消除战争爆发的根本因素。

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  6. zzhoutlook
    @2 years ago
    2902307

    氢是聚变成氦吧,不能够聚变成氨呐,写错了吧

    [34] XX [2] 回复 [0]
  7. 2902319

    终于可以制造高达了吗

    [17] XX [1] 回复 [0]
  8. 2902320

    这种听起来能大大改变国际能源规则的科技发明总是没有后文

    [43] XX [3] 回复 [0]
  9. 2902323

    氢核聚变成氨气?应该是氦。翻译的不好,原文写的清楚多了。

  10. 临溪听枫
    @2 years ago
    2902329

    喜帖??????

  11. mirleller
    @2 years ago
    2902330

    开发出廉价核动力汽车,以后开车不用加油了

  12. 一丝风度
    @2 years ago
    2902335

    看看就可以了不必当真,核这东西不可能开放到民用,到时候原子弹那里都买得到了

    [5] XX [44] 回复 [0]
  13. 2902336

    那微型核聚变电池还远吗?快攒瓶盖!

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  14. wahaha
    @2 years ago
    2902343

    原子弹是核裂变,这是核聚变,太阳内部的能量源。

  15. ForzaSchumi
    @2 years ago
    2902348

    真实版Iron man!Tony Stark!

  16. 滑溜先生
    @2 years ago
    2902365

    文科生写的,实际上还是等离子体的约束问题,长久持续的约束才能稳定的产能

    [22] XX [1] 回复 [0]
  17. 东经
    @2 years ago
    2902367

    没中国啥事

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  18. 幕后煮屎者
    @2 years ago
    2902373

    核聚变没有辐射,这也是现在核电站最大的缺点,核电站缺点还有原料难获取等,但是聚变的氢气到处都有,现在已经有聚变发电机了,可以发电,但是发出的电刚好够让一个灯泡亮。

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  19. 2902376

    @一丝风度: 当年爱迪生也是这么反对交流电的

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  20. 王师傅
    @2 years ago
    2902383

    我预测:20年后电动汽车淘汰汽油车。

  21. 2902384

    一看磁技术就知道是核聚变的 举手

    [10] XX [4] 回复 [0]
  22. 吐槽怪
    @2 years ago
    2902391

    @托尼斯塔克

  23. 2902410

    可以做自由gundam0.0

  24. 装模作样芝麻
    @2 years ago
    2902426

    记得很久很久以前,说日本鬼子要弄家用核反应堆来着

  25. 2902430

    聚变堆的尺寸是等离子体的物理特性决定的,和这个没关系啊。

    就算用了这磁场,还得那么大。

    再说这磁体材料是陶瓷,很难搞的,还是中国的铁基超导更有前途。

  26. 2902437

    22世纪……好想活到那个时代啊……

  27. 2902453

    不是说维持核聚变发电机所需能量比发电量还高吗。意思就是能量负产出。

  28. race2fly
    @2 years ago
    2902463

    @l: 目前的技术可以做到收支平衡,略有输出

  29. 2902477

    啊,稀土,于是我想到了点什么

  30. 特纳
    @2 years ago
    2902478

    居然没人注意到那个帅窝

  31. 2902538

    没有必要搞那么复杂,弄足够的氢放一起,形成直径约12万公里的一坨,什么约束都不用就能点着稳定输出几百亿年了。。。。

    [16] XX [4] 回复 [0]
  32. 2902541

    @wahaha: 这不是还有氢弹么。

  33. mistmaple
    @2 years ago
    2902581

    @王丢兜: 不是单纯的氢,而是氘和氚。现在来看,不可控完全可以实现,氢弹就行。主要是怎么样安全可靠的利用和如何发到点火条件,这就是为什么用磁场约束。太阳的话,足够大且处于真空,而且无需考虑其他因素,所以不用担心这些问题。

  34. 2902677

    @幕后煮屎者: 聚变也有辐射,等离子体可以可以磁约束,中子磁约束搞不定,高速中子打到容器壁上会产生辐射的。现在搞核聚变的都头疼这个。

  35. Aspirin
    @2 years ago
    2902813

    什么时候能安到手机上面

  36. 2902844

    The achievable fusion power increases according to the fourth power of the increase in the magnetic field…
    这里的”fourth power”似应为4次方吧? 这样下句的16倍就通了。

  37. 2902879

    @mistmaple: 有1032摩尔的氢原子,还要啥氘氚,放在那里就自己开始稳定聚变了

  38. 诶呵呵
    @2 years ago
    2902926

    @王丢兜: 太阳有约束啊 引力约束 要是人类能人造引力 或把电磁力转化为引力问题不就解决了

  39. 2902957

    文章翻译得看不懂啊….

  40. 刀拔斋
    @2 years ago
    2902976

    小型的也得有自爆卡车那么大吧

  41. unperson
    @2 years ago
    2903047

    @哈佛教授: 可惜的是,可控核聚变技术的实用化就是爆发战争的最大导火索,因为它将彻底颠覆原有能源结构,没有这门技术的国家将迅速掉落为二流,然而如果人家不乐意的话……

  42. unperson
    @2 years ago
    2903049

    @一丝风度: 聚变堆一坏就熄火,就算有爆炸最多也就一个锅炉的级别

  43. 2903198

    那么核电驱动的汽车可以在有生之年出现了!!!

  44. 哥大
    @2 years ago
    2903328

    fourth power明显为四次方的意思

  45. 你好
    @2 years ago
    2903342

    核裂变都搞不好,还来卖核聚变技术了?

  46. 2903723

    @一丝风度: 你听说过核电站吗?十九世纪的来客。

  47. 2903773

    @诶呵呵: 1032摩尔质子放一起会有多少引力约束?都识数的吧?

  48. 神之疯神
    @2 years ago
    2904207

    @unperson: 别逗,你就算把图纸给非洲国家他们要多少年才能自主造出来?当年中国两弹一星是真的把苏联人吓怕了没想到我们真的能造出来,然后副作用就是至今西方国家对中国实行技术封锁:没办法只要泄露一点图纸中国人就能山寨

  49. 神之疯神
    @2 years ago
    2904209

    @unperson: 唯一认真反对核聚变的也就只有中东产油国,但是他们最佳策略依然不是正面对抗,而是尽可能使石油剩余价值最大化

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