镌汰产物中子有望实现更干净的核聚变？各核聚变公司正在举行新实验

不绝以来，人们在探求更干净和更加可连续的能源，核聚变是匿伏的办理方案之一。

根据聚变工业协会《举世核聚变行业陈诉》，“举世核聚变财产的投资已增长至 62.1 亿美元。现在，举世谋划核聚变业务的公司约 43 家[1]。”

科学家们正在积极开辟可控的核聚变技能，以实现未来可连续的大规模能源供应。近来，一些核聚变商业公司试图从无中子聚变或镌汰中子的方法推进技能的发展。

要想相识无中子聚变，先要从它的作用提及。核聚变是一种核反应，由两个轻核聚合在一起形成更重的核。

在核聚变过程中，轻元素的原子核会融合成更重的元素，从而开释出巨大的能量。

在核聚变反应中，通常利用氢同位素氘和氚作为燃料。由于氘和氚是氢同位素，当它们受到富足高的温度和压力时，会发生聚变反应。

与此同时，在核聚变过程中也会产生超通量的中子。中子在核聚变反应中，发挥着提供能量和促进连锁反应的作用。

值得注意的是，控制中子的开释和捕捉对于实现可控核聚变非常关键。在实验室和未来的聚变反应堆中，须要有用地控制和调治中子的产生和开释，以防止中子辐射粉碎反应堆壁，以及对根本办法和附近的生物造成影响。

如今，范畴内的研究职员正在致力于办理中子的标题。他们的方法是将氘氚燃料换成天然界存在的核素，这些元素在融适时会开释带电粒子，而不是高能中子。

认同无中子聚变方法的人们以为，这些装备终极将更轻易制造，而且更适当制造电力体系，由于更轻易将带电粒子的能量转化为电能。别的，它们产生很少大概根本不产生放射性废物。

核工程师、美国威斯康星大学光荣教授杰拉尔德库辛斯基（Gerald Kulcinski）对媒体表现：“从 20 世纪 60 年代到 80 年代，人们在先辈燃料方面做了许多研究。”

他说，由于该核反应的诱发的难度约为氘-氚反应的 10 倍，因此从 10 年前开始，这项研究不受欢迎了。

“思量到中子对反应堆壁造成的粉碎因素，人们又开始更多地关注先辈燃料。”

TAE：氢-硼核聚变

TAE Technologies 公司是一家位于美国加利福尼亚州的核聚变能源公司。它建立于 1998 年，现在已得到 1400 多项专利和高出 12 亿美元的投资。

停止现在，该公司已建成 5 个国家实验室规模的装置，并乐成产生和束缚聚变等离子体高出 14 万次。

在 TAE 看来，将氢和硼（p-11B）作为反应燃料不但干净，并具备本钱上风。硼具有资源丰富、能源安全的特点。在氢-硼聚合反应发生之后，会开释出 3 个带正电的氦-4 原子核，也被叫做 α 粒子。

TAE 筹划通过反场构型的聚合装置（Field Reversed Configuration，FRC）来限定等离子体，这种构型能实现的反应温度非常高，在 FRC 中，等离子体紧张被范围在内部磁场，而不是依赖外部施加的磁场。

但是，也必须看到，FRC 在汗青上不被看好的声音也不绝存在。一旦等离子体操纵不妥，破解了封闭的磁场，等离子体也会冷却。

近来几年，TAE 通过研发及时重塑和重新定位等离子体的方法和硬件，利用 AI 和呆板学习，来探索实现等离子体稳固的方法。

TAE Technologies 的 CEO 米希尔本德鲍尔（Michl Binderbauer）对媒体表现：“如今我们可以利用这些电流，并保持它们稳固，它的运动与推测的完全划一。”

别的，将氢-硼作为核聚变燃料另有另一个显着的缺点，它所须要的条件是高出 30 亿摄氏度的非常温度。

须要相识的是，该温度是氘-氚反应所需温度的 20 到 30 倍。许多物理学家以为，在如许的温度条件下，电子辐射冷却等离子体的速率将快于加热等离子体的速率。

2023 年 2 月，TAE 和日本国家聚变科学研究所的团结团队，创新性地在磁束缚聚变等离子体中乐成举行氢-硼聚变实验，副产物仅为氦。

该研究证实白无中子聚变的可行性以及对氢硼的依赖，干系论文发表在 Nature Communications[2]。

这项实验为我们提供了丰富的数据可供利用，并表明氢硼聚变反应在大规模的聚变发电中占据一席之地。

我们可以办理当前的物理挑衅，并为举世提供一种依赖这种非放射性、丰富的燃料的革命性的新型无碳能源。”本德鲍尔对媒体说。

公开资料表现，TAE 的目标是在 2030 年代创建首座氢硼聚变发电厂并网。

TAE 正在通过 FRC 推进一种模块化、易于维护的筹划，该筹划将具有紧凑的占地面积，并有大概利用更高效的磁束缚方法。与托卡马克相比，这种方法的输出功率有望进步 100 倍。

Helion Energy：利用氘和氦-3 为燃料

Helion Energy 是位于美国华盛顿州的核聚变公司，他们利用氘和氦-3 作为燃料。氦-3 是一种氦气同位素气体，仅占地球可用氦的 0.0001%，而且生产本钱极高。

月球外貌的氦-3 约莫有 110 万吨，一种观点以为，人昧攴斧有大概会在月球外貌开采氦-3。但是，Helion Energy 储备氦-3 的方法和月球无关，他们筹划利用氘-氘反应的副反应。

氘和氦-3 聚变产生的带电粒子，可以直接被重新捕捉为电能。这有助于保持 Helion Energy 体系的小巧、高效，使他们可以大概以更低的本钱、更快地构建体系。

这种燃料循环还镌汰了中子排放，大大镌汰了氘氚聚变燃料研究职员面临的许多工程挑衅。

停止现在，Helion Energy 生产氦-3 的量并不多。但是，他们已经得到高效封闭燃料循环专利，并试图通过这种专利技能来进步氦-3 的产量。

由于不可忽视的高温条件，库辛斯基对媒体表现：“氘和氦-3 大概是对氘-氚和 p-11B 的临时过渡。”

值得注意的是，氘和氦-3 反应以快中子的情势开释约 5% 的能量，它不完满是无中子反应。也就是说，它们不能完全杜绝辐射的危害，只是使干系危害显着低落。

Helion 的战略并非连续地产生反应，而是通过装备以一次脉冲每秒发出的情势，在中心产生稳固的 FRC，并用磁场压缩等离子体，直到它的温度和密度到达聚变。

当聚变开释能量时，促进磁场被等离子体向外推动，核聚变体系通过磁线圈得到带电能量。

一些其他的实验

澳大利亚初创公司 HB11 Energy，旨在创造干净、安全、可靠的新能源。该公司通过高功率激光器与磁束缚相联合来融合氢和硼。

该方法利用啁啾脉冲放大激光器的超短脉冲（该技能得到 2018 年诺贝尔物理学奖），来快速加速氢穿过俘获磁场内的硼燃料，在它们碰撞时产生核聚变。

Marvel Fusion 是一家德国核聚变能源初创公司，在 2019 年建立。该公司正在寻求在纳米布局目标中利用高能激光和 p-11B 燃料举行激光引发的惯性束缚聚变。

近来，Marvel Fusion 和美国科罗拉多州立大学互助，在科罗拉多州柯林斯堡正制作天下上最强盛的激光办法之一。

Princeton Fusion Systems 是一家专注于为陆地和太空应用开辟小型、干净的聚变反应堆的公司。

该公司的 FRC 反应堆创建在普林斯顿等离子体物理实验室高出 15 年的研究和履历根本上，紧张由美国能源部和美国国家航空航天局资助。

他们利用氘和氦-3，并利用射频加热形成 FRC 和举行等离子体加热。该公司通过超导磁体技能，为航天器生产移动和便携式动力以及聚变推进提供紧凑型体系。

另一方面，普林斯顿等离子体物理实验室在 Journal of Fusion Energy 报道了普林斯顿场反场构置（Princeton Field-Reversed Configuration，PFRC）核聚变反应堆[3]。

这个概念是一种创新的聚变发电方法，优先思量低落中子产量和小尺寸。分析建模和数值模仿的联合表明，新奇的加热方法能天生具有闭合场线的 FRC。

无论未来发展的结果怎样，有或没有中子的聚变，在举世积极办理天气危急的本日，这无疑提供了一种新的大概性。

支持：邹名之

参考资料：

1.https://world-nuclear-news.org/Articles/Investment-in-fusion-has-reached-USD6-21-billion

2.Magee, R.M., Ogawa, K., Tajima, T. et al. First measurements of p11B fusion in a magnetically confined plasma. Nature Communications 14, 955 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36655-1

3.Galea, C., Thomas, S., Paluszek, M. et al. The Princeton Field-Reversed Configuration for Compact Nuclear Fusion Power Plants. Journal of Fusion Energy 42, 4 (2023). https://doi.org/10.1007/s10894-023-00342-2

https://spectrum.ieee.org/aneutronic-fusion

https://www.theengineer.co.uk/content/news/tae-technologies-claims-new-fusion-first/

https://tae.com/fusion-on-earth-with-dr-michl-binderbauer/

https://tae.com/first-measurements-of-hydrogen-boron-fusion-in-a-magnetically-confined-fusion-plasma/

https://www.helionenergy.com/technology/

https://www.helionenergy.com/articles/announcing-helion-fusion-ppa-with-microsoft-constellation/

https://www.princetonfusionsystems.com/about-princeton-fusion-systems/

https://marvelfusion.com/marvel-fusion-csu/

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