清洁能源的圣杯可能仍在

 
科学家们寻求一种新型核聚变技术的最新报道令人鼓舞，但我们离“清洁能源的圣杯”还有一段距离。
新南威尔士大学的海因里希·霍拉(Heinrich Hora)及其同事开发的这项技术使用强大的激光将氢和硼原子融合在一起，释放出可用于发电的高能粒子。但是，与其他类型的核聚变技术一样，困难在于制造一种能够可靠地引发反应并利用其产生的能量的机器。
什么是融合?
聚变是为太阳和星星提供动力的过程。当两个原子的原子核彼此靠近而被迫合为一体，从而释放能量时，就会发生这种情况。如果可以在实验室中抑制反应，那么它就有可能提供几乎无限的基本负荷电力，而碳排放量几乎为零。
在实验室中最容易引发的反应是氢的两种不同同位素：氘和tri的融合。反应的产物是氦离子和快速移动的中子。迄今为止，大多数融合研究都在追求这种反应。
氘-融合在约100,000,000℃的温度下效果最佳。限制等离子体(在这样的温度下为物质呈火焰状的状态的名称)，绝非易事。
利用聚变能量的主要方法称为环形磁约束。超导线圈用于产生一个比地球磁场强约一百万倍的磁场来容纳等离子体。
在美国(托卡马克聚变测试反应堆)和英国(欧洲联合圆环)的实验中，科学家已经实现了氘-t融合。实际上，今年在英国的实验中将发生氘-融合运动。
这些实验使用大量的外部加热来引发聚变反应，与反应本身相比，维持反应需要更多的能量。
主流融合研究的下一阶段将涉及在法国南部建造的名为ITER(拉丁语中的“方式”)的实验。在ITER，反应产生的受限氦离子将产生与外部热源一样多的热量。由于快中子所携带的能量是氦离子的四倍，因此功率增益是其五倍。
在建造示范电厂之前，ITER是一个概念证明。
使用氢和硼有什么不同?
Hora及其同事报道的技术建议使用激光产生非常强的封闭磁场，并使用第二个激光加热氢硼燃料颗粒以达到聚变点火点。
当氢原子核(单个质子)与11硼原子核融合时，会产生三个高能氦原子核。与氘-reaction反应相比，它的优点是不会产生任何难以控制的中子。
然而，氢-硼反应首先很难触发。 Hora的解决方案是使用激光将一小块燃料颗粒加热到点火温度，再用另一种激光加热金属线圈以产生包含等离子体的磁场。
该技术使用非常短的激光脉冲，仅持续几纳秒。所需的磁场将非常强，大约是氘-实验中所用磁场的1000倍。日本的研究人员已经使用这种技术来产生较弱的磁场。
霍拉及其同事声称，他们的过程将在燃料颗粒中产生“雪崩效应”，这意味着发生的熔合将比原先预期的多得多。尽管有实验证据表明通过调整激光束和靶标可以提高聚变反应速率，但与氘-反应相比，雪崩效应需要在100,000,000℃下将聚变反应速率提高100,000倍以上。没有实验证据表明这种程度的增加。
从这里到哪里?
用氢和硼进行的实验确实产生了引人入胜的物理结果，但是Hora及其同事对实现聚变能的五年路线的预测似乎为时过早。其他人已经尝试了激光触发的融合。例如，美国国家点火装置已尝试使用192个聚焦在小目标上的激光束实现氢-氘聚变点火。
这些实验达到了单个实验点火所需条件的三分之一。挑战包括目标的精确放置，激光束的不均匀性以及随着目标爆炸而发生的不稳定性。
这些实验每天最多进行两次。相比之下，估计表明，发电厂每秒将需要进行10次实验。
以国际热核实验堆实验为核心的国际主流计划最有可能实现聚变能的发展。澳大利亚在理论和建模，材料科学和技术开发领域与ITER项目有国际合作。
其中大部分是与澳大利亚核科学技术组织(Australian Nuclear Science and Technology Organisation)合作在澳大利亚国立大学(ANU)工作的，澳大利亚核科学技术组织是与ITER合作协议的签署者。就是说，总是有智慧创新和新概念的空间，看到融合科学方面的各种投资真是太好了。