英國一家創(chuàng)業(yè)能源公司在研發(fā)核聚變發(fā)電站的全球競爭中出于領(lǐng)先地位，該公司有望在2030年代末交付世界上第一個商業(yè)核聚變電站。據(jù)悉，該公司已獲得1.5億英鎊私人投資，并將得到英國政府1000萬英鎊撥款。

據(jù)報道，托卡馬克能源公司(Tokamak Energy)總部位于牛津郡泰晤士河谷迪德科特(Didcot)工業(yè)園，目前有員工165人，是一個由世界頂尖科學(xué)家組成的團隊，致力于研發(fā)核聚變電站。

核聚變(nuclear fusion)是兩個氫原子融合成一個氦原子，這一過程釋放出大量能量，是恒星燃燒的過程，因此利用核聚變發(fā)電又被稱為“人造太陽”。

托卡馬克能源公司的聯(lián)合創(chuàng)始人和副總裁大衛(wèi)·金漢(David Kingham)博士表示，該公司擁有的核聚變反應(yīng)堆ST 40在數(shù)周內(nèi)將創(chuàng)下一個里程碑似的紀(jì)錄，反應(yīng)堆的等離子體將達(dá)到驚人的1億攝氏度，是太陽中心溫度的6倍多。

該反應(yīng)堆是一個直徑約6英尺的球形鋼罐，里面裝著黑暗、旋轉(zhuǎn)的過熱氫氣，即等離子體。當(dāng)一束高能量的亞原子粒子射入反應(yīng)堆，等離子體會立即發(fā)出火花和光芒，即產(chǎn)生核聚變反應(yīng)，產(chǎn)生超過1500萬攝氏度的高溫。

只有一個強大無比的電磁鐵系統(tǒng)才能防止裝有等離子體的容器瞬間被汽化。

核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量可以被英國原子能管理局的一個團隊(也位于牛津郡)發(fā)明的一種叫做“分流器”的裝置所利用。熱能將被用來加熱蒸汽以驅(qū)動渦輪機，從而產(chǎn)生電力，為推進(jìn)器提供動力。

核聚變電站工作原理示意圖。

自1930年代以來，在商業(yè)規(guī)模上利用核聚變一直是能源技術(shù)部門的“圣杯”。核聚變懷疑論者預(yù)言，無論科學(xué)上的努力和明顯的進(jìn)展如何，核聚變產(chǎn)生電力至少在"50年之后"。

金漢博士則表示，托卡馬克能源公司有望在2030年代末交付世界上第一個商業(yè)核聚變電站。

他還表示，公司不是提供一個核聚變電站，而是“很多個”，將在英國的生產(chǎn)線上進(jìn)行“全球部署”，每臺機器能夠穩(wěn)定地輸出150兆瓦的電力，足以為一個擁有15萬人口的城市供電，例如附近的牛津。

據(jù)報道，英國商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略大臣夸爾滕(Kwasi Kwarteng)7月15日將訪問該公司位于迪德科特的工廠，并將宣布提供1000萬英鎊政府撥款支持。

據(jù)悉，該公司已經(jīng)獲得1.5億英鎊的私人投資。

金漢博士表示，該公司成功的關(guān)鍵在于兩項關(guān)鍵的創(chuàng)新。

其他反應(yīng)堆使用電磁鐵來容納等離子體，而他們使用超導(dǎo)體。當(dāng)冷卻到接近絕對零度，即零下273攝氏度時，超導(dǎo)體對電流沒有阻力。

但維持如此低的溫度需要巨大的能量，以至于可能會消耗反應(yīng)堆的大部分輸出。

為了解決這個問題，托卡馬克能源公司已經(jīng)開發(fā)了高溫超導(dǎo)體磁鐵并申請了專利，該磁鐵使用一種被稱為稀土氧化鋇銅的物質(zhì)，只消耗十分之一的能量。

公司的第二個創(chuàng)新是反應(yīng)堆的形狀，像一個帶芯的蘋果。早期的設(shè)計像是空心的甜甜圈。這一變化使該公司的設(shè)計效率大大提高。

金漢博士表示，高溫超導(dǎo)體和球形反應(yīng)器的結(jié)合具有巨大的優(yōu)勢，最終將使核聚變能源大大便宜。

據(jù)悉，與通過分裂鈾原子釋放能量的傳統(tǒng)核裂變反應(yīng)堆不同，核聚變電站永遠(yuǎn)不可能發(fā)生核泄漏事件，因為一個發(fā)生故障的聚變反應(yīng)堆會簡單地變冷，聚變過程消失。

同時，核聚變反應(yīng)堆的燃料將取之不盡，用之不竭，而且便宜得難以想象，因為其原材料氫氣可以從海水中提取。

它還將具有不可估量的環(huán)境效益，不僅實現(xiàn)“零碳”電力生產(chǎn)，而且不受天氣變化影響。

目前包括美國航空巨頭洛克希德-馬丁公司和亞馬遜公司在內(nèi)的私企也在競相開發(fā)商業(yè)核聚變能源。

還有一些國家和國際的合作項目，如ITER，一個由35個國家(包括英國)組成的財團正在法國南部建造的實驗性反應(yīng)堆。

但是，ITER是巨大和不方便的。它于2007年開始建設(shè)，直到2020年代末才開始運行。它的場地有60個足球場那么大。

托卡馬克能源公司計劃的核聚變電站模型將與普通房屋一樣大小，并且只需要幾個月而不是幾年時間來制造。

據(jù)報道，夸爾滕此前曾稱贊托卡馬克能源公司是一個“開拓者”，稱該公司已經(jīng)證明了核聚變 “作為一種潛在的無限、清潔和安全的能源具有顯著的潛力”，并且可以“鞏固我們作為全球科學(xué)大國的地位”。

關(guān)鍵詞： 研發(fā) 人造太陽 核聚變發(fā)電 原材料