美國提出新型核聚變方案：成本降低比燃煤經(jīng)濟

晨風

據(jù)物理學家組織網(wǎng)站報道，核聚變能的優(yōu)勢太多了，幾乎讓它聽上去不像是真的——零溫室氣體排放，沒有長期放射性廢棄物，再加上幾乎取之不盡用之不竭的資源。

或許橫亙在核聚變發(fā)電應用道路上的最大障礙還在于經(jīng)濟方面。簡單地說，目前的核聚變裝置設計建造成本太高，與使用煤炭與天然氣的發(fā)電手段相比還無法顯示競爭優(yōu)勢。

現(xiàn)在，美國華盛頓大學的工程師們打算改變這一局面。他們設計了一款核聚變裝置的概念，當將其擴展成為一座大型電站規(guī)模時，其單位發(fā)電成本將與燃煤電廠的成本相當。該研究組已經(jīng)將他們這項成果的相關情況在10月17日于俄羅斯圣彼得堡召開的國際原子能機構的聚變能會議上作了報告。

托馬斯·雅布（Thomas Jarboe）是華盛頓大學航空航天專業(yè)教授及物理學副教授。他表示：“在目前所有概念模型中，這一設計具有最大的潛力，可以實現(xiàn)核聚變產(chǎn)能的經(jīng)濟可行性。”

這一由華盛頓大學設計的反應堆名為“dynomak”，其一開始是雅布在兩年前作為一個課堂項目設計的。當這一課程結(jié)束后，雅布和他的博士生德雷克·蘇瑟蘭德（Derek Sutherland）繼續(xù)對這一模型設計進行發(fā)展和完善。蘇瑟蘭德此前在麻省理工學院專門從事反應堆設計方面的工作。

這項設計采用了現(xiàn)有的技術方案，在一個局限的空間內(nèi)產(chǎn)生一個磁場來約束等離子體足夠長的時間以便讓聚變反應得以發(fā)生。這臺反應堆本身基本上是自我維持的，這就意味著它能夠?qū)Φ入x子體進行連續(xù)的加熱來維持熱核反應條件。反應堆產(chǎn)生的熱量將加熱冷卻劑，進而推動渦輪機實現(xiàn)發(fā)電，這與傳統(tǒng)的發(fā)電站工作原理相似。蘇瑟蘭德表示：“這是一個優(yōu)雅得多的解決方案，因為你用于實現(xiàn)聚變的介質(zhì)也正是你用來驅(qū)動整個流體系統(tǒng)來實現(xiàn)自我約束的介質(zhì)。”

創(chuàng)造磁場有幾種方式，這對于核聚變反應堆的運行至關重要。華盛頓大學的設計方案被稱作“spheromak”，其磁場的主要產(chǎn)生方式是驅(qū)動電流進入等離子體本身。這樣做將減少所需的材料，并且實際上讓研究人員減少整個反應堆的體積大小。

其他一些設計方案，包括法國設計的一種名為“Iter”的方案，其反應堆體積相比華盛頓大學的方案就要顯得笨重許多，因為它必須依賴纏繞在反應堆外部龐大的超導線圈來產(chǎn)生與之相類似的磁場。因此，與法國方面的方案相比，華盛頓大學的方案將能夠大幅度降低成本，其實際成本將只有法國方案的1/10左右，而其產(chǎn)能則將是后者的5倍以上。

華盛頓大學的研究人員將他們的核聚變設計方案與建造一座燃煤電站的方案兩者進行了比較。他們使用了一種名為“隔夜資金成本”的計算方式，其中包含了所有成本，尤其是開始建造階段的基礎設施開支。利用核聚變電站產(chǎn)生10億瓦特電力成本大約為27億美元，而產(chǎn)出同樣多電能的燃煤電站所需的成本大約核算下來是28億美元。

蘇瑟蘭德表示：“如果我們對這樣的核聚變方案進行投資，我們將會得到回報，因為其商業(yè)應用前景看起來已經(jīng)具有經(jīng)濟性，這非常令人興奮。”

目前，華盛頓大學這一設計方案模型只是其最終定型大小的1/10，完成其最終尺寸可能還將耗費數(shù)年的努力。研究組此前已經(jīng)成功地測試了該原型設施維持等離子體效率的能力，并且隨著他們繼續(xù)開發(fā)并擴展該設施的規(guī)模，他們將得以獲得更高溫度的等離子體并得到可觀的核聚變電力產(chǎn)出。

該研究組已經(jīng)為他們的這一新型核反應堆設計向華盛頓大學商業(yè)化中心遞交了專利申請，并計劃繼續(xù)進行原型堆的開發(fā)與升級。

（摘自新浪科技）