「核能領域」最熱門理念：稠密等離子焦點，一種廉價的核聚變方式

最近，一家公司正在追求使用高密度等離子聚焦技術的商業電力生產其所需的承諾

這是該系列文章的第一部分。

由於，現已知核聚變反應所需要的物理條件通常比較極端，這是實現核聚變作為一種實用能源所面臨的首要挑戰。其中包括1億攝氏度以上的溫度和天文數字般高的壓力，必須保持足夠長的時間才能達到淨能量輸出。

如今，為實現這一目標所做的努力主要是利用超高功率雷射和微波發生器、粒子束、巨型超導磁體系統和其他先進技術的大型昂貴實驗設施。人們可能會得出這樣的結論：如果核聚變成為現實，它將是一種複雜的、高度資本密集型的能源生產方式。

但是，是否存在有一種簡單得多的方法，一種不需要如此複雜的技術手段來達到所需的極端溫度和壓力的方法呢？一種能讓大自然為我們做大部分工作的方法？

令人驚訝的是，確實存在這樣一種方法。它是基於一種叫做稠密等離子焦點（Dense Plasma Focus，簡稱 DPF）的設備。

DPF產生的放電在時間和空間中迅速演化，將其能量集中到一系列的絲狀結構中，最後形成一種稱為等離子體的微小結狀實體（見下文）。在等離子體內部，已經達到了發生核聚變的條件。 本系列的第二部分將詳細介紹它的工作原理。

稠密等離子焦點（DPF）的歷史

自20世紀60年代以來，DPF就以各種形式存在，並被全世界各地的幾十所大學和政府實驗室利用，用於等離子體物理領域的實驗研究。它還被用作X射線和中子的來源。

除了這些應用之外，在DPF放電中觀察到的現象還為自然界中的各種自組織過程提供了一個模型，從實驗室規模一直到星系和星系團的規模。

等離子體聚焦的聚變能量

早已通過實驗證明，當DPF在充滿氘氣的室內運行時，可以產生大量的聚變反應。 但是，奇怪的是，直到最近，利用DPF進行商業化發電的可能性從未得到必要的承諾——最重要的是，還沒有得到成功所需的財政支持。

而規模較小、更具創新能力、但名氣較小的項目則一直缺乏資金。這種情況對於局外人來說是自相矛盾的，但對於那些觀察了近幾十年來資助機構行為的人來說，卻是一種非常熟悉而又可悲的事實。

好消息是，美國的一個實驗室——新澤西州私營的勞倫斯維爾等離子體物理公司（Lawrenceville Plasma Physics，Inc，業務名稱為LPPFusion）——已經認真地接受了將稠密等離子體焦點發展為實用的聚變能源的挑戰。 研究人員說，如果有足夠的資金，他們可以設計一個50萬美元、5兆瓦的反應堆，他們預計這種反應堆的發電成本只有每千瓦時0.06美分（約為每1度電為0.004元）。

雖然還有很長一段路要走，但這個項目顯然有真正的成功機會。LPPFusion的創始人和負責人，物理學家埃裡克·勒納(Eric Lerner)，是等離子體聚焦和等離子體物理學和天體物理學相關領域的世界頂尖專家之一。 LPPFusion在有限的預算和少數專門的合作者的幫助下，一步步提升了DPF技術的性能，距離足以產生淨能量發電的條件越來越近。

2016年，勒納（Lerner）的裝置實現了28億℃的離子溫度——這是迄今為止所有核聚變實驗中達到的最高溫度，達到了一個裡程碑。這比太陽中心的溫度高200多倍，是ITER預計最高溫度的15倍以上。

在其他方面，LPP核聚變已經達到或接近使用設備獲得的結果，與LPP核聚變在過去10年所花費的700萬美元的設備成本相比，已經達到或接近了數百倍。（讀者可以在評論找到正在進行的大型和小型聚變能源項目的詳細描述和比較，如有興趣的話筆者將會把該PPT的系列講座在後續上傳。）

最令人興奮的是，LPP聚變計劃使用氫-硼燃料，而不是標準的氘-氚燃料。這已經達到的世界紀錄溫度為採取這一步驟提供了重要的先決條件。如果計劃成功，那將是一個非常好的消息。

氫-硼核聚變反應是核能的夢想，因為它不產生放射性廢料，幾乎可以無限制地利用燃料供應，並提供了將核聚變能直接轉化為電能的可能性。1克氫-硼混合物產生的能量與燃燒3噸煤所釋放的能量非常接近。(參見筆者在後續會發表的文章《核能的希望之光:氫硼聚變》)

LPP核聚變的核聚變實驗到目前為止都是用氘做的。計劃在今年年底左右進行首次氫-硼燃料實驗。勒納（Lerner）的項目目前正處於高級研究階段。現在的主要任務是從僅僅產生大量的聚變反應開始——這種能力已經得到了很好的證明，再到實現裝置的淨能量輸出。隨後將進入工程階段。

當然，成功是無法保證的。但回報也將是巨大的。

低成本核聚變的未來

以DPF為基礎的氫硼核聚變電站將兼具結構簡潔、操作簡單、裝置體積小、投資成本低、燃料成本低和本質安全的特點。

在商業化發電方面，DPF裝置將與一個專利系統相結合，將聚變能量直接轉化為電能。以每秒200次放電的速度進行脈衝，該系統將提供5兆瓦的電力輸出。

一個完整的DPF動力單元只有幾米寬，因此只需增加更多的DPF動力單元，就能輕鬆、經濟地達到任何所需的功率。該技術很適合標準化機組的大規模生產。 合理的估計表明，與現有的傳統能源和替代能源技術相比，DPF技術可以將發電成本降低10倍甚至更多。

明天，筆者將接下來介紹第二部分：【原理篇】核電未來焦點：稠密等離子焦點。

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撰寫：GolevkaTech

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