项目繁多:对三种疯狂的聚变能源计划的怀疑审视

风险投资家和资助机构都希望他们的另类聚变投资能有所回报,但仍然存在许多未知数

激进的能源解决方案方面,一个极不可能实现的是将聚变和裂变相结合的核能计划。现有的核电站都依靠裂变,即分裂诸如铀之类的重核来发电,更不用说产生大量的有害废物了。聚变则是将轻核结合在一起,就像在恒星和氢弹中发生的那样,但尽管经过了几十年的研究,实际的聚变发电尚未得到证实。最新的想法之一是混合电厂,其中聚变会触发乏核燃料中的原子分裂,从而提高能量输出并“燃烧掉”废物。

然而,与最近引起关注和风险投资的其他一些投机性的聚变工作相比,这种混合方法看起来非常主流。本月,关于另类聚变研究的在线讨论重新燃起,当时雄心勃勃的通用聚变公司宣布已从包括亚马逊创始人杰夫·贝佐斯在内的投资者那里筹集了1950万美元。通用聚变公司计划的机器看起来很适合为蒸汽朋克小说做插图。
与政府投入到诸如国家点火装置(NIF)和ITER等项目中的数十亿美元相比,2000万美元左右的投入是相当便宜的彩票。但是真的有可能获得回报吗?是否有任何具体进展的报道?以下是三个项目的简要介绍。

通用聚变公司
* 技术:磁化目标聚变。在通用聚变公司的设计中,液态金属(锂和铅)在球形罐内旋转,在其核心留下一个圆柱形空腔。在每个末端注入的氘和氚(氢的重同位素)的团块在这个涡流空腔的中心相遇,在那里磁场将它们捕获几百微秒。大约200个气动活塞从各个方向撞击罐体,将声波冲击波发送到熔融金属中。波汇聚在目标上,使涡流坍塌并产生聚变。重复,可能每秒一次。


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* 历史:自20世纪70年代以来,研究人员一直在研究磁化目标聚变。早期类似于通用聚变公司的设计由于技术不足而无法在燃料分散之前均匀压缩燃料而受阻。另一种变体,目前由洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员追求,避开了液态金属和机械压缩机,而是使用磁脉冲来内爆金属圆柱体。

* 已发表的结果:《聚变能源杂志》2008年发表的一些论文报告了通用聚变公司在开发活塞设计等离子体加速器(用于注入氘)方面的首次工作。2006年进行的一项“原理验证”实验用声波冲击波压缩了氘气并产生了一些中子(聚变副产物),但该工作不涉及旋转熔融金属、活塞或等离子体注入。

* 现状:通用聚变公司业务发展副总裁迈克尔·德拉格表示,该公司此后证明了活塞所需的高精度伺服控制(将冲击时间控制在8微秒以内),并且正在使用另一个全尺寸活塞来研究声波如何在熔融铅锂中传播。第一个等离子体注入器于一年前开始运行。下个月在加拿大核学会年会上的一次演讲将概述这项工作和下一步骤。

能量/物质转换公司(EMC2)
* 技术:多井等离子体约束。电磁线圈的多面体排列将其中心的电子捕获,从而为带正电的离子(如氘)产生势阱。正离子加速向阱的中心移动,在那里它们中的一些会发生剧烈碰撞并发生聚变。

* 历史:由罗伯特·W·布萨德倡导的多井是较旧方法(惯性静电约束)的一种变体,爱好者曾用它来构建桌面式聚变器。布萨德在20世纪80年代初成立了EMC2,以追求惯性静电约束聚变来发电。理论家认为,这些方案将不可避免地遭受过多的粒子和能量损失(例如,请参见此处此处)。布萨德声称此处为pdf)在他最后的多井设备“Wiffleball 6”报废并且他的资金(来自美国海军)用完之前不久,他找到了解决问题的方法。不要试图向怀疑论者讲述这样的故事情节。布萨德于2007年去世。

* 最近的工作:在海军恢复资助后,EMC2建造了“Wiffleball 7”来检验对WB-6的主张。结果尚未在内部报告之外发布,这显然符合限制披露的资金合同规定。尽管如此,海军还是认为有必要在2009年向EMC2授予另一份790万美元的合同,以建造磁场强度是WB-7八倍的WB-8,以测试其性能的扩展程度。

* 现状:recovery.gov上的一份简短的季度报告表明WB-8已经建成,“按设计运行”,并且“正在产生积极的结果”,接下来还有长达一年的实验。在没有发表同行评审结果的情况下,只有海军才能知道经过这么多年,它是否物有所值。

三阿尔法能源公司
* 技术:等离子体发电。等离子体受到磁约束。通过融合硼和氢(而不是氘和氚),每次反应都会产生三个阿尔法粒子(氦核)并且不释放中子。与通常的加热蒸汽驱动涡轮机的方法相比,可以更直接地从这些带电粒子中提取电能。(EMC2也对这种“无中子”路线感兴趣——这将是Wiffleball 8.1。)

* 历史:诺曼·罗斯托克和两位同事本质上是在1997年提出了这个反应堆(也可在此处获得)。罗斯托克是加州大学欧文分校的物理学荣誉退休教授,后来共同创立了三阿尔法能源公司。据报道,近年来,三阿尔法已从包括微软联合创始人保罗·艾伦在内的投资者那里筹集了大约1亿美元的资金。

* 已发表的结果:三阿尔法能源公司以隐秘模式运营而闻名,但罗斯托克和其他三阿尔法科学家仍在定期提交更新的专利申请并在会议上展示研究结果(在2010年11月举行的等离子体物理会议上,仅受邀的演讲和15篇海报展示)。去年7月,其最新设备(“C-2”)的等离子体行为研究发表在顶尖的物理学期刊《物理评论快报》上。

可以肯定的是,这些项目都不会在短期内产生大量的聚变。通用聚变公司才刚刚起步,而三阿尔法的研究成果说明了在经过几十年的认真工作后,仍有多少未知数。如果一个团队最终获得了科学大奖,那么该项目仍然将面临漫长而昂贵的发展道路,这条道路上充斥着潜在的、令人望而却步的技术障碍,这些障碍与困扰NIF和ITER主流方法的障碍一样具有挑战性。对于投资者而言,赢得彩票只会提供一张进入真实游戏的入场券。

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