很难想到比太阳更强大的东西。我们太阳系中的太阳以及外层空间的其他恒星,都是由一种名为核聚变的物理反应驱动的。这个过程发生在两个轻原子核(原子核中带电的质子和电中性的中子)合并形成一个更重的原子核时。原子核的形成 会释放能量,这是由于质量的损失。
爱因斯坦在20世纪初提出了质量可以转化为能量的理论,这正是核聚变的过程。这种大规模、持续反应产生的能量和热量帮助我们抵御季节性抑郁,促进植物生长,并通过太阳能电池板产生电力。
聚变反应堆,或称聚变发电厂或热核反应堆,是一种科学家可以用来从核聚变反应释放的能量中产生电力的装置。目前,世界各地都在对反应堆进行测试,希望能够为我们的能源网络供电。
反应堆使用一种高能物质状态,即等离子体形式的电离气体,而这种状态科学家们仍未完全理解。研究人员正在探索不同的方法来用等离子体创造核聚变——一些反应堆使用磁铁来约束等离子体。相比之下,其他反应堆则使用激光通过将等离子体压缩到极小的空间内来产生反应。
[相关:人类刚刚产生了与恒星相媲美的核能。]
中国实验先进超导托卡马克(EAST)是中国“人造太阳”项目的一部分,该核反应堆成功地维持了核聚变反应,持续时间稍长于17分钟。据《史密森尼学会》报道,超高温等离子体达到了1.26亿华氏度,是太阳的五倍热。这一激动人心的消息正值许多富裕国家努力降低排放,寻求更清洁、可再生能源之际。
“世界可以受益于几乎无限的无碳电力,这种电力由与太阳相同的能源提供,”美国能源部解释道。
尽管令人印象深刻,但运行反应堆测试的成本很高。中国打破纪录的反应堆的实验,到今年六月可能将花费超过1万亿美元。这些试验是为了准备一个名为国际热核聚变实验堆(ITER)的更大聚变项目,该项目目前正在法国建造,并可能在2025年投入使用。但如果这些实验成功,反应堆可以创造一种强大的能源,产生少量的可回收放射性废物。根据Live Science 2018年的一份报告,一个100兆瓦的聚变反应堆可以为多达10万户家庭供电。
根据国际原子能机构的说法,核聚变没有相关的空气排放。该过程会产生氦气,这是一种无毒气体,与二氧化碳和放射性氚不同。尽管氚听起来可能令人担忧,但其半衰期只有大约一个世纪,因此比其他能源对环境的危害要小。
[相关:物理学家希望像恒星一样产生能量。这两种方法是他们最好的选择。]
拥有20多家私营聚变公司作为会员的国际协会——聚变行业协会的首席执行官安德鲁·霍兰德表示,中国反应堆的成功预示着可再生能源的美好未来。
“聚变是完美的能源,因为它始终可用,”他说。
霍兰德还指出,尽管这一纪录令人印象深刻,但要实现24/7可再生能源技术还需要一些时间。中国的反应堆展示了该技术的潜力。但目前还没有能够持续燃烧等离子体数小时的反应堆,而这对于为电网供电至关重要。
他设想,核聚变可以与太阳能和风能等其他低排放或无碳能源一起使用,甚至为其提供支持。
“我们设想[核聚变工厂]将在2030年代实现商业化,这是我们大多数公司的目标,”他说。“这是一个快速发展的行业,有很多评论和巨大的潜力,但仍有一些艰苦的工作要做……聚变总是很困难,但潜力巨大。”