核聚變反應(yīng)堆的電磁“心臟”已經(jīng)完成，使我們離清潔、無(wú)限的能源又近了一步 —— 盡管前面還有很長(zhǎng)的路要走。
有史以來(lái)最強(qiáng)大的脈沖超導(dǎo)磁體系統(tǒng)現(xiàn)已建成，并將很快成為世界上最大的能量實(shí)驗(yàn)的一部分。
該系統(tǒng)是國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）的中央螺線管，這是一個(gè)高聳的磁芯，在美國(guó)建造和測(cè)試，最終運(yùn)往法國(guó)南部，國(guó)際項(xiàng)目正在那里組裝其巨大的托卡馬克。磁鐵系統(tǒng)將作為反應(yīng)堆的電磁“心臟”，根據(jù)ITER的說(shuō)法，它的強(qiáng)度足以提起一艘龐大的航空母艦。
對(duì)于外行來(lái)說(shuō)：托卡馬克是甜甜圈形狀的容器，里面含有用于核聚變的過(guò)熱等離子體，核聚變是為像太陽(yáng)這樣的恒星提供能量的高能反應(yīng)。托卡馬克通過(guò)產(chǎn)生非常強(qiáng)的磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體，因此ITER的中央螺線管很重要。
ITER致力于驗(yàn)證核聚變作為一種可行的能源，盡管反應(yīng)堆的輸出不會(huì)用于為任何東西提供動(dòng)力。ITER只是一個(gè)巨大而昂貴的技術(shù)演示器，它越來(lái)越接近于真正打開開關(guān)，在地球上重建太陽(yáng)的能量。這是一項(xiàng)涉及30多個(gè)國(guó)家的廣泛合作，旨在證明核聚變 —— 基本上是將原子撞擊在一起，直到它們產(chǎn)生不同的原子，在這個(gè)過(guò)程中釋放出大量的能量 —— 可以被利用并擴(kuò)展成一種商業(yè)上可行的、基本上是無(wú)限的能源。
新完成的磁體系統(tǒng)不能單獨(dú)工作。中央螺線管連接了從歐洲、中國(guó)和俄羅斯制造和交付的6個(gè)巨大的環(huán)形極向磁場(chǎng)磁鐵，形成了一個(gè)3000噸的超導(dǎo)體系統(tǒng)，冷卻到-452.2華氏度（-269攝氏度）。這些過(guò)冷的磁體將在2.7億華氏度（5000萬(wàn)攝氏度）的溫度下捕獲并形成灼熱的等離子體 —— 比太陽(yáng)核心溫度高10倍 —— 直到原子核聚變并釋放出10倍的能量。
長(zhǎng)期以來(lái)，商業(yè)上可行的核聚變一直是清潔能源的圣杯，ITER的裝置預(yù)計(jì)僅用50兆瓦的輸入就能產(chǎn)生500兆瓦的能量。這種能量的回歸將標(biāo)志著自我維持的“燃燒等離子體”的開始 —— 盡管實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還有很長(zhǎng)的路要走。
私營(yíng)公司正試圖展示較小規(guī)模的托卡馬克設(shè)計(jì)，作為實(shí)現(xiàn)未來(lái)核聚變的一種潛在方式，盡管迄今為止，這兩種方法都沒(méi)有取得突破。
2022年，美國(guó)能源部和勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室宣布，國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施聚變反應(yīng)中的凈能量增加，但即使是高水位標(biāo)記也沒(méi)有考慮實(shí)驗(yàn)中使用的“壁功率”，這使其成為邁向可行聚變動(dòng)力的馬拉松中的又一個(gè)漸進(jìn)步驟，而不是通往終點(diǎn)線的捷徑。
ITER不僅僅是一個(gè)物理實(shí)驗(yàn) —— 它是地緣政治上的一種變通。盡管成員國(guó)之間關(guān)系緊張，但該項(xiàng)目已經(jīng)完成了部件建設(shè)，并達(dá)到了2024年的建設(shè)目標(biāo)。（該合作組織去年還啟動(dòng)了一個(gè)私營(yíng)部門的融合項(xiàng)目，用于共享數(shù)據(jù)和推進(jìn)該項(xiàng)目的研發(fā)目標(biāo)）。美國(guó)建造了螺線管和支撐結(jié)構(gòu)，歐洲負(fù)責(zé)真空室，俄羅斯提供了反應(yīng)堆的大量超導(dǎo)體和母線，而中國(guó)、韓國(guó)、日本和印度都提供了托卡馬克核心的重要部分。
ITER總干事彼得羅·巴拉巴斯基（Pietro Barabaschi）在一次合作發(fā)布會(huì)上說(shuō)：“有了ITER，我們表明，可持續(xù)能源的未來(lái)和和平的前進(jìn)道路是可能的?！碑?dāng)然，ITER還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)其項(xiàng)目的“可持續(xù)能源未來(lái)”部分，所以也不要為和平的未來(lái)屏息以待。
現(xiàn)在正處于組裝階段，ITER正朝著它的實(shí)際目標(biāo)蓄勢(shì)而上 —— 從合作生產(chǎn)組成部分的緩慢步驟中獲得的動(dòng)力略有增加。如果能成功，這臺(tái)磁化機(jī)器將成為邁向無(wú)碳能源未來(lái)的分水嶺 —— 即使它本身對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有貢獻(xiàn)。
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