普林斯顿实验室在氚的潜在回收方面取得了一些进展

时间:2023-02-07 09:42来源:激光网作者:xuji 点击:
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摘要:普林斯顿实验室在氚的潜在回收方面取得了一些进展 但聚变研究人员仍然严重依赖迅速减少的供应

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在重大的科学和工程突破中,湾区劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员最近实现了长期追求的目标,即产生比直接注入小型反应堆容器更多能量的核聚变反应。

  到第二天,各个政治领域的权威人士都在吹捧这种转变是制造业新时代的先兆能量,这表明低影响、无限的聚变能源的未来可能还需要几十年的时间。但实际上,商业上可行的核聚变仅比 1980 年无限接近,当时首次实现了封闭式聚变反应——这意味着它不会发生在太阳或炸弹中。

  大多数诚实的记者至少已经认识到商业规模冶炼的障碍,但仍然普遍低估了它们——今天就像他们在 1980 年所做的那样。我们被告知,冶炼反应必须“每秒发生多次”才能产生可用量的力量。但LLNL聚变反应堆爆发出的能量,实际上只持续了十分之一纳秒,也就是百亿分之一秒。其他聚变反应(能量净损失)显然只工作了几纳秒,但每秒重现这种反应超过 十亿次 远远超出了研究人员的考虑范围。

  我们被告知反应堆产生的能量大约是输入能量的 1.5 倍,但只计算实际撞击反应堆容器的激光能量。产生一亿度以上温度所需的能量是 192 个高功率激光器阵列的产物,它需要 超过 100 倍的能量 才能运行。

  我们被告知,有一天核聚变将腾出大片土地,而这些土地目前需要用于运行太阳能和风力发电场。

  但容纳 192 台激光器和所有其他必要控制设备所需的整个设施大到足以容纳三个足球场,即使实际的聚变反应发生在比豌豆还小的金或钻石容器中。

  所有这一切只是为了产生相当于普通小房子使用的大约 10-20 分钟的能量。显然,即使是最便宜的屋顶太阳能系统也能做更多的事情。斯坦福大学马克·雅各布森 (Mark Jacobson) 的研究小组计算出,完全转换为风能、水能和太阳能所占用的土地与目前世界化石燃料基础设施占用的土地差不多。

  长期的核评论家卡尔格罗斯曼 最近在 Counterpunch 中写道 ,升级聚变反应堆可能存在许多障碍,即使在原则上也是如此,包括高放射性、设备快速腐蚀、冷却水需求过多以及组件可能出现故障,这些组件预计将在无法估量的高温和高压。

  他在这些主题上的主要来源是 Daniel Jassby 博士,他领导了开创性的普林斯顿聚变研究实验室 25 年。普林斯顿实验室与欧洲的研究人员一起带头开发了最常见的实现核聚变反应的装置,即一种称为托卡马克的甜甜圈或球形容器。包含大量高度电离气体(实际上是等离子体,一种根本不同的物质状态)的托卡马克装置已经在几秒钟内实现了相当大的聚变反应,但从未接近产生比注入的能量更大的能量反应堆。

  在 LLNL 获得的激光介导的聚变反应发生在一个名为国家点火装置的实验室,该实验室促进其在能源聚变方面的工作,但主要致力于核武器研究。不列颠哥伦比亚大学的 MV Ramana,其 最近的文章 发表在新的 ZNetwork上,他解释说:“NIF 是作为基于科学的库存管理计划的一部分而建立的,该计划是在美国于 1996 年签署《全面禁止核试验条约》后向美国核武器实验室放弃试验权的补偿。它是“一种方式继续投资于核武器的现代化,尽管没有进行爆炸试验,并将其伪装成生产‘清洁’能源的手段”。

  Ramana 引用了一篇 1998 年的文章,解释了激光聚变实验的一个目标是如何尝试开发一种不需要传统裂变炸弹来点燃的氢弹,从而有可能消除核武器中对高浓缩铀或钚的需求。

  虽然一些作者预测未来会在海水中运行核聚变反应堆,但目前用于托卡马克和激光聚变实验的燃料由两种独特的氢同位素组成,称为氘 - 其原子核中有一个额外的中子 - 和氚 - 有两个额外的中子。氘很稳定而且很常见:海水中大约每 5-6000 个氢原子中就有一个实际上是氘,它是常规核反应堆中的必要成分(作为“重水”的组成部分)。

  然而,氚具有放射性,半衰期为 12 年,通常是一种称为 CANDU 的不寻常类型核反应堆的昂贵副产品(每克 30,000 美元),如今主要在加拿大和韩国发现。南半球。在计划于本十年关闭的运行中的 CANDU 反应堆中,氚的供应是可用的可能会在 2030 年之前达到峰值,法国正在建设的一个新的实验聚变设施将在 2050 年代初期耗尽可用供应。这是 去年 6 月 发表在《 科学》杂志上的一篇极具启发性的文章的结论,比最新的熔断突破(我后来了解到,大部分数据是在 2021 年的《新能源时报》上首次向公众报道的 )。

  虽然普林斯顿实验室在氚的潜在回收方面取得了一些进展,但聚变研究人员仍然严重依赖迅速减少的供应。

  基于放射性氦或硼的替代聚变反应堆燃料也在开发中,但这些燃料需要高达 10 亿度的温度才能点燃聚变反应。

  欧洲实验室计划试验产生氚的新方法,但这些也显着增加了整个过程的放射性,预计氚的供应量仅为 5-15%。试验之间的停机时间越长,产生的氚就越少。

  《科学》杂志的文章引用了普林斯顿核聚变实验室前工作人员 D. Jassby 的话说,氚供应问题基本上“使氘-氚核聚变反应堆成为不可能”。

  那么,为什么所有这些注意力都集中在聚变能的幻想潜力上呢?

  这是那些认为只有大规模、技术密集型方法才能成为我们目前依赖化石燃料的能源基础设施的可行替代方案的人的又一次尝试。一些相同的利益集团继续宣扬“下一代”核裂变反应堆将解决核能挥之不去的问题,或者大规模捕获和地下储存来自发电厂的二氧化碳将使化石燃料成为现实的错误说法。有可能将以化石为基础的经济延续到遥远的未来。

  系统地解决此类主张超出了本文的范围,但很明显,今天对新一代“先进”反应堆的承诺与我们在 1980 年代、1990 年代或 2000 年代初听到的承诺并没有太大不同

  。核能植物 Arnie Gundersen 系统地暴露了 比尔盖茨目前支持的“新”反应堆设计中的缺陷,解释说其背后的钠冷却技术与 1966 年因部分熔毁而使底特律市面临消失风险的反应堆相同,并反复在田纳西州、法国和日本造成麻烦。由于全球气温升高,长期以来一直被吹捧为未来典范的法国核基础设施越来越受到设备问题、巨额成本超支和一些冷却水源不再足够冷的困扰。将法国核技术出口到芬兰的尝试花费了超过预期的 20 多年时间,并且是原先估计成本的成倍增加。

  至于碳捕获,我们知道无数高补贴的碳捕获实验都失败了,目前从发电厂[排放]捕获的绝大多数 CO2用于“高级石油回收”,即提高现有石油的效率井。实际收集 CO 2 并将其埋在地下所需的管道可与目前用于石油和天然气管道的整个基础设施相媲美,而在地下永久捕获的概念很可能被证明是一个白日梦。

  同时,我们知道,新建太阳能和风能发电厂的成本已经低于新建化石燃料发电厂,在某些地区,它们甚至比继续运营现有发电厂更便宜。去年 5 月,加利福尼亚州短暂地能够使用可再生能源运行其整个电网,这是丹麦和南澳大利亚州已经实现的里程碑。而且我们知道,各种储能方法与复杂的负载管理和输电基础设施升级相结合,已经在帮助解决欧洲、加利福尼亚及其他地区太阳能和风能的间歇性问题。

  与此同时,人们越来越意识到可再生技术(包括先进电池)越来越依赖从土著土地和全球南方开采的矿物。因此,有意义的公正能源转型必须是完全可再生的,并且还要摒弃化石燃料时代出现的永续增长神话。如果化石燃料时代的结束预示着各种形式的资本主义增长的结束,那么很明显,地球上的所有生命最终都会受益。

【激光网激光门户网综合报道】( 责任编辑:xuji )
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