在可控核聚变的研究上,技术层面已经非常成熟,而难以突破的点就是在材料上,只要攻克材料这道关卡,那么可控核聚变将会变成现实。 但是近期,可控核聚变的材料上,取得重大突破,美国科学家宣布已找到新材料,人类已达到突破可控核聚变的临界值了。 美国麻省理工学院(MIT)研究可控核聚变领域的专家——丹尼斯·怀特(Dennis Whyte)表示:其研究团队找到新的材料,不仅性能卓越,而且可以让核聚变反应堆的成本降低到原来的1/40。此举意味着成本大幅度降低,让可控核聚变技术可以从实验室,步入到实际应用之中。 其研究团队已发表六篇论文在三月份的《IEEE应用超导报》中,从几个不同的角度,论证了这种材料的可靠性,以及可控核聚变应用层面的可行性。 可控核聚变的新材料 这种新材料就是稀土钡铜氧化物(ReBCO),与传统的铌合金相比,它把需要超导的温度从4开尔文,提升到20开尔文,不仅大大降低了核聚变反应堆的体积,也大大降低了核聚变的成本。 麻省理工虽然是近期才公布这种新材料,但是他们已经经过了3年的论证,早在2021年9月的时候,他们就利用这种材料制成全新的超磁体,并产生了20特斯拉的强磁场,而这一磁场强度被认为已经超过可控核聚变的临界值。 从发现这种新材料后,他们对这种材料进行多项测试和分析,而其中一项就是极限测试:故意切断电源,让磁体过热,以验证这种材料在极端情况下的性能,但是让人惊喜的是,经过多次试验,这种新材料在极限条件下,都达到了理想的效果,证实了这种材料安全可靠。 从发表的论文和实验结果上来看,这种材料无疑是目前最适合的可控核聚变材料,麻省理工学院的实验室,也为可控核聚变指明了前进的方向。 未来可控核聚变技术,将诞生在中国 根据麻省理工学院的研究数据,结合中国在可控核聚变上的发展方向。未来,可控核聚变的商业应用,将会最早诞生在中国。为何会这么说呢?主要有以下三个方面: 1、赛道选择 在可控核聚变的方向选择上,目前主要是以中国为主的磁性约束,另外就是以美国为主要研究方向的惯性约束。 ①磁性约束 从发表的论文内容上来看,怀特和其研究团队运用的是磁性约束。 磁性约束目前使用的是托卡马克装置,这套装置内部的等离子,在上亿度的高温下体产生核聚变,复制了太阳核聚变过程。 在如此极端温度下,任何已知的物体都会瞬间熔化,因此,唯一的解决方案就是利用强大的磁场将“人造太阳”悬浮在空中,防止其接触到任何物体。 想要产生如此大的磁场,普通材料达不到,唯有超导体才能产生这种强磁场。而目前的材料想要达到超导的特性,唯有在接近宇宙绝对零度的极低温度下才能实现。 一边是上亿度的极高温度,一边是接近绝对零度的极低温度,所以在材料的选择上极为苛刻,所以,目前为止,虽然可以在实验室层面短期内形成可控核聚变,但是始终无法从实验室走入应用层面。 近期,麻省理工学院发现了一种新材料,大大的降低了成本,彻底改变可控核聚变无法商用的商用的局面,让其可以从实验室中走出来了。 ②惯性约束 惯性约束是用激光或者等离子装置,对含有燃料的小球体施加强大的脉冲,使其快速压缩产生强大的压强,在这个过程中会产生极高的温度,达到核聚变发生的条件。 这个过程发生在几十纳秒的极短时间里,这种反应依赖燃料自身的惯性保持压缩和加热的状态,所以这种方式被称为惯性约束。 从近些年的研究成果上来看,中国与美国选择不同的赛道,在可控核聚变未出现的那一刻,谁都不知道哪种方式可行。 但从这次麻省理工学院发表的研究成果上来看,磁性约束这条赛道已经看到胜利的曙光了,这也是中国的主攻赛道。在新材料确认可行的情况下,成本也大幅度降低,那么可控核聚变的商业应用上,中国将具有很大的优势,也最可能诞生在中国。 2、中国不缺稀土 这次麻省理工学院实验室公布的新材料:稀土钡铜氧化物(ReBCO),对其他国家可能有些麻烦,但是对中国来说,不仅不麻烦,而且还是很大的优势。 根据美国地质调查局的公布数据显示,2022年已发现的稀土资源总储量为1.3亿吨,而中国的储量为4400万吨,占到全球总储量的33.8%,全球储量居首位。 这种新材料另外一种金属钡,我国同样储量丰富,根据储量预测,我国的钡储量约有10亿吨,而且钡矿品位较高,易于开采,目前我国的钡储量和产量也居世界首位。 在这种核聚变的新材料中,中国唯一缺少的是铜,虽然我国铜储量位列全球第六位,但是目前铜矿只有3494吨,只占全球铜储量的4%,看似很少,但这只是建立在铜大范围应用上面,如果只是应用到核聚变材料上面,却也绰绰有余。 所以,从新材料的成分上来看,我国具有先天优势,这也是为何说可控核聚变将诞生在中国的原因之一。 3、产业联盟,共同创可控核聚变未来 近些年,随着可控核聚变技术的临近,各国都对可控核聚变的到来充满了信心,许多人认为可控核聚变还需要50年到来已经成为笑话,因为现在根本要不了这么久。 国际原子能机构曾经做过一项调查,当然调查对象都是核物理学家,或者此方面的专家,在这份调查中,有65%的内部人士认为,10年后,也就是2035年左右,可控核聚变将会变成现实,实现商业化并网发电,而到2040年,这一比例达到了90%。 从这份调查数据中,可以看出核物理学家和专家们,认为最迟到2040年,可控核聚变的商业化将会变成现实,他们对这一点充满了信心。 也正是这个原因,目前一些重要的商业大佬也开始纷纷布局未来的可控核聚变,马斯克、比尔盖茨、还有贝佐斯等人,也开始疯狂的押注这个行业。 而我国在去年11月份,就开启了核聚变的产业联盟,总共有60家顶尖大学和企业联合起来,共同推动可控核聚变的发展。 相对于欧美等国家各自为战,在可控核聚变上,中国已经凝聚成为一股绳,共同发力突破核聚变的临界点,使可控核聚变技术真正成为现实,造福整个人类。 本来可控核聚变的磁性约束方向上,我国已经走在世界的前列,加上60多家单位加入进来,将会催化这项技术快速成长,这也是未来可控核聚变技术,将会诞生在中国的原因之一。 结语: 从麻省理工学院发布新材料,以及成本降低到原来的1/40,这点上来看,无疑对我国在掌握可控核聚变上最为有利。 我国不仅选择的是磁性约束方向,并且这种新材料在我国也有着庞大的储量,加上我国60家单位已经联合在一起,种种优势结合在一起。可谓是天时、地利、人和样样有利于我。 在可以想见的未来,如果可控核聚变技术真的有实现的那一天,相信一定会诞生在中国! |
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