19倍超音速“;大炮;提出可控的核聚变!成本仅为传统方法的0.1%,
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22米的“枪”一枪,使可控的核聚变变得异常激烈。
这是英国牛津的核聚变技术First Light Fusion(以下简称“FLF”)的超高速炮。
以每秒6.5公里的速度(19倍音速)向燃料靶发射子弹,可以引爆核聚变。
积分来了。
整个过程不到4500万英镑,与传统的激光和磁约束装置相比,成本是1000分之一!
英国商业能源部长Kwasi Kwarteng如下评价。
更具体地说,BFG将来可使一次性电价低于0.05美元(约3角)
这一聚焦于BFG背后可控核聚变的领域,在过去两年里可以说是非常火热的。
比尔盖茨、贝佐斯等大牌、谷歌、微软等大型工厂纷纷投资。在国内,米哈游蔚来等企业也表明了投资动作。
这次英国的“大兄弟”背后,是中国的大工厂“腾讯”(意外?)
但回到BFG本身,现在感慨核聚变的控制“很难”,那是如何又快又便宜呐。
又快又便宜,你是怎么做到的?核聚变,简言之,两个轻原子核(主要指氘)在超高温或高压条件下,脱离核外电子的束缚,结合原子核的过程。
由于这个过程,它能以极高的效率释放出巨大的能量。因此,人们期待一种可控的核聚变方式。
现在有两种完全不同的实现方法。一个是磁约束,一个是惯性约束。
众所周知的托卡马克属于磁约束。
氘、氚等轻原子核和自由电子由磁场构成,将处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限体积内,受控产生大量原子核聚变反应,释放能量。
FLF使用属于惯性约束的“射出炸弹融合”方法。
一般惯性约束装置通过功率大的激光照射靶(靶),在等离子体中形成丸中的燃料(氘和氚),在极短时间内,这些等离子体粒子由于自身的惯性作用赶不上向周围飞散,因此被压缩成高温、高密度状态产生核聚变反应。
该原理由王淦昌院士于1964年提出,也是最接近氢弹的实际物理过程。
但与广泛合作的磁约束装置相比,惯性约束方面的研究显得低调而神秘。
目前已知美国点火装置(National Ignition Facility,NIF),但还没有真正意义上的成果。
此次采用的“射弹融合”,虽然也属于惯性约束,但不是由激光束或电子束/离子束点火,而是由超高速炮引起的。
不知道该炮的名字“Big Friendly Gun”是否来自Doom(毁灭战士)的BFG,也就是人称“Big F**king Gun”。
“Big Friendly Gun”长约22米,重25000公斤,可以以接近超音速19.11倍的飞行速度发射100克射弹,通过射弹高速压缩靶丸内部的燃料,达到融合所需的压力和温度。
FLF他们发射的子弹在撞击目标之前达到每秒6.5公里的速度,表明燃料内爆炸时加速到每秒70公里以上。这是地球上最快的物体。
燃料承受的压力为10TPa,也就是1亿个大气压,比木星中心还要大。
你如何利用这种方法产生的能量。
这取决于装置腔内的液态锂,能够吸收高速炮产生的多变脉冲,而且能够防止室内温度急剧上升,保护装置。
然后通过热交换器(heat exchanger transfers)将锂的热量传递给水,当水产生蒸汽时,就可以旋转涡轮发电。
整个过程可以每30秒重复一次,说明过程并不复杂,装备也不像激光或磁约束那么昂贵。
背后的公司出自牛津大学听起来很激动人心,FLF这家公司有什么背景。可靠吗。
它原本是一个从牛津大学分离出来的机构,成立于2011年。主要业务是利用惯性约束融合技术进行能源发电,在全球范围内快速实现能源脱碳。
2021年,FLF采购了绰号为“BFG(Big Firendly Gun)”的二级超高速炮,完成了安装和调试。
今年2月,该公司获得4500万美元的C轮融资,腾讯参与投资。
其余投资机构还包括Oxford Science Enterprises、Hostplus(澳大利亚养老基金公司)、IP Group plc(英国知识产权运营服务公司)和Braavos Capital(英国咨询公司)
关于融资动向,当时该公司表示,计划利用这笔资金加速完成利得实验(即产生超过能源以引起反应),并交付首次核聚变研究结果。同时在工程和设计上进行更详细的规划,开发更全规模的核聚变电站。
加上前一轮,在“FLF”筹集的资金总额为1.70亿美元。
目前,该公司已成长为60多名员工,CEO是Nicholas Hawker。
他2007年在牛津大学攻读硕博士时就开始研究核聚变。
他和Yiannis Ventikos是该公司的联合创始人。
Yiannis Ventikos是肯尼迪大学机械工程教授、伦敦大学学院机械工程系主任、英国皇家工程学院院士。
Nicholas Hawker先生在这次的成果中
作为下一步,该公司将迅速开展“增益”实验(能源输出多于输入),2030年将以10亿美元的价格与发电商合作开发试验发电站,生产约150兆瓦的电力。
可控的核聚变在哪里了。这次FLF采用的方法,如前所述属于惯性制约。
在可控核聚变领域,其实还有一个很受欢迎的方法。那是托卡马克。
关于这个话题的历史,可以追溯到20世纪30年代。
当时的科学家们,特别是美国物理学家、诺贝尔奖得主汉斯贝扎等人,发现了核聚变存在的可能性。
此外,如果能够实现可控的核聚变,这意味着在减少安全性和废物问题的同时,还能提供无限的清洁能源。
这就是被称为“能源生产皇冠珍珠”的原因。
后来科学家们开始寻找诱发和控制核聚变反应的方法。
但从一开始他们就面临着一个头疼的问题:核聚变反应需要数亿度的温度。
太热了,当时任何一个固体舱都容纳不下。
后来,物理科学家们想到了“磁约束”的方法,即用磁场控制热等离子体。
因此,在这个理论下,产生了刚才所说的“托卡马克”。
最初的托卡马克是由苏联库尔查托夫研究所的阿齐莫维奇等人在20世纪50年代发明的。
仔细计算的话,到现在为止全世界制作了200台以上的托卡马克。
但由于现实比理论复杂,这些托卡马克大多是为了进行实验、收集数据、拆解升级而建的……。
但是其中一台备受期待的是位于法国马赛的ITER。
按照计划,ITER这一“托卡马克”,建成后半径可达6.2米,内部等离子体体积840立方米,总重量2.3万吨,运行温度比太阳核心高出10倍,输出功率有望达到500兆瓦。
此外,计划于2025年正式启动等离子体实验,2035年进一步启动氘氚融合实验。
目前,俄罗斯、美国、欧盟、印度、日本、韩国和中国是该计划的成员。
就我国而言,可控核聚变也有很好的进展。
例如我国开发的核聚变装置东方超环(EAST)被称为“人工小太阳”,是世界上第一个非圆形截面全超导托卡马克。
它的目标是像太阳一样发生核聚变,为人类提供能量,至今仍在不断突破:
2017年,全球首次实现5000万度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行。2018年底,首次实现1亿度等离子体放电,等离子体储能增至300千焦炭。2020年4月,在1亿度超高温下运行近10秒,创下新纪录。……今年1月,EAST还实现了1056秒长脉冲高参数等离子体动作,打破了自己保持的411秒最长放电记录。
可控核聚变的热度,不仅是国家层面的重视,从商业角度来看,也是如此。
除了刚才提到的腾讯之外,米哈旅行前的时候也和蔚来资本携手,共同投资了一家名为能源特异点的融合能源商业公司。
以前,像比尔盖茨、谷歌和许多私募股权公司一样,共同投资过一家名为Commonwealth Fusion Systems(CFS)的核聚变研究公司。
根据Crunchbase的数据,杰夫贝佐斯、Cenovus能源公司等个人和机构也对通用融合(GM)公司累计投入了约1.27亿美元。
DeepMind不久前也在Nature上发表了一项研究,称他成功地用AI动态控制了托卡马克的磁场,并成功地精确控制了内部的等离子体。
……
可见,无论是国家、企业还是研究机构,目前都纷纷涉足并致力于可控核聚变技术的开发。
其理由是
在能源吃紧的今天,谁先掌握新的能源技术,就意味着抓住未来。
参考链接:[1]https://www.bloomberg.com/news/articles/2022-04-04/u-k-startup-s-big-friendly-gun-achieves-fusion-breakthrough[2]https://firstlightfusion.com/media/fusion