全世界聚變初創(chuàng)公司最集中的地方-華盛頓州埃弗里特
華盛頓州埃弗里特是全世界聚變初創(chuàng)公司最集中的地方。
華盛頓州埃弗里特是航空業(yè)巨頭波音公司的所在地，而在該城市一個不知名的辦公園區(qū)，初創(chuàng)公司Zap Energy正在試驗(yàn)一個反應(yīng)堆原型機(jī)，該反應(yīng)堆正在順利獲得核聚變產(chǎn)生高能中子，但還不足以將電力送到電網(wǎng)。
不到2英里外，有一座Helion Energy公司的設(shè)施，這是Helion Energy從波音公司的一家承包商處購得的，該設(shè)施內(nèi)有一臺可運(yùn)行的聚變原型機(jī)，該原型機(jī)的一部分由航空航天業(yè)的退役人員建造。
Helion Energy公司的員工在對該公司最新一代的聚變反應(yīng)堆Polaris原型機(jī)部件進(jìn)行最后整理。
自2022年夏季啟動以來，Zap Energy公司的FuZE-Q原型機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)千次聚變反應(yīng)，每次反應(yīng)都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。Zap Energy公司逐漸提高所必需的溫度、等離子密度和反應(yīng)時間，使產(chǎn)生的電力多于消耗的電力。
預(yù)計(jì)Zap Energy公司最終的商業(yè)聚變反應(yīng)堆能夠可靠地生產(chǎn)足以供3萬戶家庭使用的電力，而原型機(jī)的體積不會比辦公桌大。只需增加了一個液態(tài)金屬“毯”、熱交換器和蒸汽渦輪機(jī)，將高能中子轉(zhuǎn)化為電能。該核芯反應(yīng)堆比一輛Mini Cooper還小。
這種極簡風(fēng)格的聚變方式與法國南部城市街區(qū)大小、初具規(guī)模的大型項(xiàng)目國際熱核聚變反應(yīng)堆（ITER）形成了鮮明對比。這座拖延已久、公共資助的反應(yīng)堆投入使用時，高度將達(dá)到30米，重量超過18輛迷你庫珀。中國、歐盟、美國和其他合作伙伴為此耗資超過220億美元。（Helion Energy公司的反應(yīng)堆比Zap Energy公司的反應(yīng)堆略大，高約2米，長約12米。）
“驅(qū)動成本的兩個主要因素是復(fù)雜性和規(guī)模?！盳ap Energy公司的高級研究科學(xué)家德里克?薩瑟蘭德（Derek Sutherland）說，“Zap Energy公司擅長降低和縮小這兩項(xiàng)因素，該系統(tǒng)沒有低溫，沒有超導(dǎo)線圈，沒有輔助加熱和磁體?！?/p>
聚變的核心原理是增加離子的動能，直到它們運(yùn)動速度足夠快（也就是足夠熱），能夠克服相互的靜電排斥，然后碰撞并融合。ITER 反應(yīng)堆采用傳統(tǒng)的托卡馬克設(shè)計(jì)，旨在激發(fā)比太陽熱10倍的燃燒等離子體。它規(guī)模龐大的原因很簡單：規(guī)模越大，產(chǎn)生的能量就越多。
不過，必須實(shí)現(xiàn)一個關(guān)鍵的平衡，離子越快、越熱，就越難以被約束。維持ITER 的聚變反應(yīng)將需要一組巨大的低溫冷卻超導(dǎo)磁體。
Zap Energy公司和Helion Energy公司發(fā)現(xiàn)，如果不像ITER 那樣試圖誘導(dǎo)聚變反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，而是將聚變活動的短脈沖串在一起，將會更簡單。Zap Energy公司的反應(yīng)過程是操縱氘（氫的同位素）等離子體，利用磁力將其擠入一個緊密的分餾塔中，類似用于將原油分離成汽油和煤油等蒸餾油的蒸餾塔。不同層的氘等離子體流動的速度不同，保持等離子體穩(wěn)定并產(chǎn)生高能中子，直到其坍塌。
Helion公司則將氘與氦-3融合，氦-3是一種非常稀缺的氦同位素，一些專家甚至建議到月球上開采氦-3。Helion公司的第七代反應(yīng)堆原型機(jī)Polaris應(yīng)該能夠從氘中產(chǎn)生氦-3。Helion公司表示，現(xiàn)在它已經(jīng)產(chǎn)生了少量氦-3。雖然氘-氦-3反應(yīng)產(chǎn)生的中子相對較少，但這不是問題，因?yàn)镻olaris能夠直接從聚變反應(yīng)中產(chǎn)生電，而不是用沸水產(chǎn)生蒸汽。每次聚變脈沖都會導(dǎo)致等離子體膨脹，增加其磁通量，并在磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。這些電流最后會流回巨大的電容器，這些電容器可給予啟動聚變反應(yīng)的能量。
Helion Energy公司的FuZE-Q聚變反應(yīng)堆原型已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)萬次聚變脈沖測試。收集所有這些脈沖的數(shù)據(jù)將為Zap公司開發(fā)商業(yè)反應(yīng)堆的給予信息。
Zap Energy公司和Helion Energy公司的聚變反應(yīng)堆都依賴于電容器。Zap Energy公司的電容器將存儲1.5兆焦的能量；Helion Energy公司的電容器將存儲驚人的50兆焦能量。
Zap公司計(jì)劃的現(xiàn)實(shí)時間表是5年到10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電，而Helion公司已經(jīng)向微軟公司出售了50兆瓦電力，將于2028年交付。
Helion公司預(yù)計(jì)于2024年1月完成組裝最后一臺Polaris原型機(jī)。反應(yīng)堆將在年內(nèi)逐漸提高功率和加壓。“如果一切按 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 預(yù)期的方式進(jìn)行，那么 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 應(yīng)該能夠從聚變系統(tǒng)中回收足夠的電磁能，為這些電容器充電，還能有一點(diǎn)額外的能量。”Helion公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官大衛(wèi)?科特利（David Kirtley）說，“這一點(diǎn)額外的能量就是凈電量?！?/p>
作者：Mark Harris
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