「能源」新的可控核聚變取得重大進展，我們離永久能源還有多遠？

2020-09-13 含辛工作室

最近，澳大利亞初創能源公司HB11對外宣布，他們在不需要超高溫，也不產生放射性核廢料的情況下，可使氫硼核聚變的反應速率比預期水平高出10億倍。

HB11孵化於澳大利亞新南威爾斯大學，HB11是Hydrogen-Boron11，即氫和硼-11的縮寫。 普通人所熟知的原子彈，以及世界各地正在運行中的各類核電站，則基於原子核裂變這一物理現象。核裂變是通過中子轟擊較重的原子核並分裂成若干質量更小的其它原子核，質量的損失換來的是巨大的能量輸出。

核聚變的過程則恰恰相反，質量較輕的原子核在高溫高壓條件下結合，太陽長久不歇的巨大能量正來自於其自身引力束縛下的中心高溫高密度熱核聚變。

儘管當前第三代核裂變電站的理論安全性已經極高，但主要問題來自於防護措施，核裂變本身極其危險，可導致反應堆融毀及放射性物質外洩等重大災難。相對而言，核聚變則安全得多，並且在聚變過程中產生的能量也遠高於前者。

目前可控核聚變反應物的主流研究方向，是同為氫的同位素的氘（念刀）氚（D-T）聚變，這種反應過程通常會產生大量中子，中子不僅帶走聚變過程中釋放的大部分能量，並且穿透力極強的中子輻射也是一個很大的麻煩。

因此，無中子核聚變也是一個熱門的研究方向，至少在環保及效率上，用氫硼作為反應物相比氘氚更有優勢（將氫原子核的能量控制在3MeV以下，反應過程中就不會產生中子。）。

氫硼之所以沒有成為行業內的研究主流在於無中子聚變的實現條件十分嚴苛。無中子反應中作為燃料的原子核原子序數更高，攜帶的電荷量更大，因此庫倫斥力（原子之間一種天然的互斥力）也更強，這使得原子核之間極難接近，應此需要更高的點火溫度（通過高溫使原子核互相接近並抵消斥力）。HB11能源公司專注研發的正是這一反應機制的相關技術。

促使氫硼產生核聚變的雷射點火裝置，需要在皮秒級別（10-12s）的時間間隔內產生1016瓦的雷射脈衝，這遠遠超過氘氚聚變的需求。儘管HB11已經在實驗室內利用「啁啾脈衝放大」技術的雷射點火裝置獲得成功，但在可量產的工程化上面臨難以逾越的障礙，畢竟實驗室是一回事，要想實現商業發電，裝置的壽命、成本、可維護性等都是很大的問題。

儘管中國的主要研究方向也在氘氚領域，但在建有100帕瓦級雷射器，至少在實際工程領域領先澳大利亞，也許，HB11的相關研究能給中國帶來更多啟發。

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  • 終極能源?英公司稱實現可控核聚變僅需數年
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  • 中國核聚變獲得重大突破意味著什麼?
    核能、光能、磁能、反物質能都是人類可以長久使用的能源。對這幾種能源的研究、開發和利用是人類獲取新能源的重要途徑。誰在哪個能源領域取得突破，誰就佔領了科技制高點，軍事制高點和航天制高點。中國核聚變獲得重大突破，說明中國在核能的研究、開發和利用上走在了世界前例，其意義非常重大。這意味著中國將有可能率先擁有人類終極能源之一。
  • 核聚變是不是人類在地球上唯一能讓我們離開星系的能源?
    在前幾篇文章我們說到過核聚變是獲得原子能的一種方法，通過輕核聚合而引起原子核結合能變化。核聚變所需的燃料是氘，在地球上的儲量是用之不竭的。重要的是，核聚變沒有放射性，所以相對目前原子能利用的核裂變，更加安全和潔淨。核聚變是未來能源利用的有效方案。在這裡就不作詳細解答了！
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