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美企宣布聚变研究取得进展

更新时间:2009-03-28

【本刊2018年3月综合报道】 美国聚变能技术开发商三阿尔法能源公司(Tri Alpha Energy)2018年2月6日宣布,其最新一代使用场反向位形(FRC)技术的等离子体发生器“诺曼”(Norman)已创造等离子体温度的公司新纪录——近2000万℃,超过了太阳核心的温度。三阿尔法总裁兼首席技术官Michl Binderbauer在当天的声明中表示:“这是我们寻求提供改变世界的清洁核聚变能源以帮助应对气候变化并改善全球人民生活质量的一个重要里程碑。”

目前专业性修复的开展主要集中在文物类建筑中,许多具有历史和艺术价值的地面铺装在以往的维修中没有得到应有重视和恰当的修复.对于历史性地面的重视与保护不足,材料、特征的历史研究匮乏,资金限制与专业技术力量的缺位都是客观的制约条件.

  

图1 等离子体发生器“诺曼”

三阿尔法聚变技术

与通常以氘和氚为燃料的其他聚变研究不同,三阿尔法使用的聚变燃料是氢和硼。这种选择的优点是氢硼聚变反应不会释放中子,只产生三个α粒子(这也是该公司取名为三阿尔法的原因)和X射线。整个反应的燃料和产物均不含放射性物质,因此被认为是最清洁的聚变能方式之一。但实现氢硼聚变的实现难度较大,要使等离子体温度达到30亿℃,是太阳核心温度的200倍,是氘氚聚变反应的20多倍。

三阿尔法的聚变技术结合了先进加速器和等离子体物理学,其研发的射束驱动FRC技术利用从设备两端射入的高能氢原子束在位于设备中央的真空室中形成和保持等离子体,从而使系统更稳定,等离子体能得到更好的约束,聚变反应更易发生。三阿尔法表示,这种方案结构紧凑,能源效率高,能够用于建设200~500 MWe且经济性可媲美其他电厂的商业基荷电厂。

实现受控核聚变反应,必须满足两个重要的前提条件:一是等离子体“足够热”,可以将燃料加热到能够发生聚变反应的温度;二是等离子持续的时间“足够长”。

尽管未来仍面临挑战,三阿尔法首席执行官史蒂芬·斯派克称其仍因这项成就而备受鼓舞。“看到三阿尔法技术创新在‘诺曼’中的出色表现,意义深远,”斯派克在新闻发布会上表示,“我们的显著进步标志着利用聚变能发电的未来的现实,氢硼反应正如所见,是一种既安全又清洁的燃料来源。这对所有人来说都是双赢的。”

为实现“足够热”这一目标,三阿尔法在2016年启动了第五代设施“诺曼”的建设。

新一代等离子体发生器诺曼

相比“足够长”,“足够热”的要求更难以实现。因为三阿尔法研发团队寻求的是比典型氘氚反应更加清洁的氢硼聚变反应,需要使等离子体温度达到30亿℃。

“诺曼”在上一代设施C2-U的基础上更进一步,在达到“足够热”标准的道路上继续前进。经过4000次实验,“诺曼”的等离子体温度已达到近2000万℃——几乎是C-2U最高温度的两倍,甚至超过了太阳核心的温度(据估计为1500万℃)。虽然距离30亿℃的终极目标仍有巨大差距,但这是三阿尔法在氢硼聚变商业化道路上实现的一个重要里程碑。

“诺曼”以公司创始人诺曼·罗斯托克命名,其建设耗资1亿美元。2017年5月,三阿尔法宣布这座国家实验室规模的设施完成建设,并于同年6月宣布该设施产生首个等离子体。

对于第二个条件即“足够长”,三阿尔法的C2-U等离子体发生器已于2015年实现:过热氢等离子体保持稳定状态达5毫秒。在超过10万次实验的过程中,稳定状态保持时间越来越长,最大值已达到11.5毫秒。C2-U实验证明了高温等离子体可以保持足够长的时间以维持核聚变反应。

分别从不同时间段中准确称取0.5 g大豆油样于10 mL试管中进行异黄酮类物质的提取分析,其操作步骤见样品提取部分,待测样品经LC-MS/MS分析,探究大豆油中异黄酮类物质的热稳定性。异黄酮物质的含量变化如图1所示。

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其他核聚变研究成果

目前全球还有许多其他科研机构和私营企业在开展核聚变研究。欧洲联合环(JET)已实现约1亿℃的等离子体温度。欧洲的大型强子对撞机(LHC)瞬间可在超过5万亿℃温度下产生夸克-胶子等离子体。英国托卡马克能源公司(Tokamak Energy)的ST40聚变反应堆于2017年5月首次启动,并正式获得等离子体,据称到2018年将可实现1亿℃的等离子体温度。

三阿尔法能源公司

三阿尔法成立于1998年,是一家致力于通过专有的科学和工程技术解决世界上最重大挑战的公司,核心使命是创造一种新的清洁能源,即由自然本身的过程驱动且不产生有害副产品的清洁能源。这就是所谓的“友好聚变”。该公司的开创性工作促成了加速器和等离子体物理行业的全面进步,并成为医疗、运输和电力管理等相关领域创新的催化剂。2014年,三阿尔法启动与谷歌公司(Google)的长期合作,应用机器学习模拟来推动等离子体物理学发展,并取得快速进展。

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除了致力于推进聚变能的商业应用,该公司还在积极开展硼中子俘获疗法(BNCT)研究。这是一种二元靶向放射治疗方法,其原理是将强靶向性的含硼药物施于癌细胞并滞留其中,利用热中子与硼的俘获反应,产生的能量仅作用于约10微米的癌细胞内,彻底破坏其遗传结构,使其不能修复而凋亡。使用该疗法进行恶性肿瘤治疗可在杀灭肿瘤组织同时,最大程度保留患部周围正常组织及功能,以提高患者治疗后生活质量并延长生存时间。

(信息来源:三阿尔法能源公司网站)

 
赵宏,伍浩松
《国外核新闻》 2018年第03期
《国外核新闻》2018年第03期文献

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