包括ITER在内的核聚变研究的现状如何?
ITER将是一个计划于2018年建造的实验反应堆。它是一种托卡马克,它使用磁场来限制等离子体,它将成为第一个收支平衡的聚变反应堆,获得的能量比投入设备的能量更多。请记住,ITER一次只能运行几分钟,并不意味着是发电厂。此外,科学家们需要几年时间用普通氢气测试该设备,然后才能慢慢转向氘和氚混合物,以实现全功率。这是一个相对缓慢的过程,需要大量测试以确保设备稳定和安全。
下一步是原型聚变发电厂DEMO,如果事情按计划进行,将在2030年代建造。这个比ITER更大的装置将试图证明稳定的聚变发电厂是可行的。下一步是证明核聚变在经济上是可行的。
如果不提及控制聚变的另一种可行机制,即惯性约束,对聚变研究的讨论将是不完整的,惯性约束使用在氘和氚颗粒上发射的多个激光器将燃料压缩和加热到聚变链式反应所需的密度和温度。采用这种方法的两个设施是国家点火设施(NIF)(http://en.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility)和激光梅加焦耳(LMJ)(http://en.wikipedia.org/wiki/LMJ)。NIF在加利福尼亚州的LLNL运营,LMJ将于2012年在法国完成。惯性约束目前的效率远低于磁约束,但“快速点火”装置HiPER(http://en.wikipedia.org/wiki/HiPER)声称它将产生72的聚变增益,远远超过ITER。 HiPER仍处于规划阶段,可能无法在2020年之前完成。
最后,我将总结几个原因,在过去的几十年里,核聚变是如此难以捉摸。许多等离子体不稳定性需要大型和复杂的设备来维持稳定的高温(1亿K)等离子体。此外,等离子体的突然中断导致壁受到这种热气体和灰尘的轰击,并且很难找到能够承受这种反复滥用的材料。同样,科学家必须学会防止这些中断,因为它们在大型设备中将更加强大。对于惯性约束,不同的不稳定性需要令人难以置信的强大和对称的激光脉冲来实现融合。可行的发电厂需要更强大、更高效的激光器,能够以大约 10 Hz 的频率发射。每种坐月子方法都面临着大量其他需要解决的问题,我没有专业知识来更详细地介绍。聚变科学家已经取得了巨大的进步,他们继续在这些挑战上取得进展。
2010年8月的原答案。从那以后,这个领域可能已经发生了变化,我不像当时那样与时俱进。截至2018年8月,施工预计将于2025年左右完成。