麻省理工学院从托尼·斯塔克采取页面，靠近弧形融合反应堆的边缘（+视频）

2021-07-07 08:46:25来源：

在过去的20年里，麻省理工学院的等离子体科学和融合中心（PSFC）一直通过世界上最小的托卡马克式（甜甜圈形）的核聚变装置进行核聚变 - Alcator C-Mod。

目标？生产世界上最小的融合反应堆 - 将甜甜圈形融合反应压碎成3.3米半径 - 三个，其中三个可以为城市提供波士顿的大小。

尽管近期在联邦资金减缓了他们的进步，但麻省理工学院的研究人员正在接近他们的目标。

从麻省理工学院的较小Alcator C-Mod Fusion设备中已经了解的经验教训已经启用了研究人员，包括MIT博士候选人Brandon索勒姆和PSFC导演DennisHyte，开发概念弧（实惠，坚固，紧凑的）反应堆。

“我们想要生产可能产生力量的东西，但尽可能小，”索尔伯姆说。

工作电弧熔化反应堆将使用50兆瓦（MW）的电力来产生500MW的融合功率，其中200MW可以传递到电网。这就足以提供20万人电力。

麻省理工学院

介绍内部麻省理工学院的C-MOD，其半径仅为0.68米 - 最小的融合反应堆与世界上最强的磁场。

虽然三个其他融合设备在过去35年里建造了大致相同的大小，但它们并没有在其电源附近产生。MIT“S的反应堆分开的是其超导技术，这将使它能够创建其实际绘制的功率的50倍。（麻省理工学院的PSFC去年在PEER审查期刊SCIENCERICECT中发表了一篇关于原型ARC反应堆的纸张。）

电弧反应器的功能强大的磁体是模块化的，这意味着它们可以很容易地移除，并且可以快速更换融合反应的中央真空容器;除了允许升级外，可拆卸容器可以使用单个装置来测试许多真空船舶设计。

熔化反应器通过真空中的超级加热氢气，氢原子形成氦气的熔断。就像在今天的裂变核反应堆中的分裂原子一样，融合释放能量。融合的挑战已经将等离子体（带电气体）限制在加热时与微波加热至温度比太阳更热。

可持续能源

成功建造电弧反应堆的结果将是清洁且可靠的功率的丰富源，因为所需的燃料 - 氢同位素 - 在地球上无限制。

“我们完成了什么是建立科学的基础......实际上，在遏制这种等离子体的遏制中的科学方面表现出一种可行的通路，以使净融合能量 - 最终，”哈特说。

今天的融合研究处于探索“燃烧等离子体”的阈值，通过该阈值，通过该熔融反应的热量在等离子体中局限于足够长时间持续的反应。

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看看麻省理工学院C-MOM核聚变装置的外部。C-Mod项目已经为概念性电弧反应堆铺平了道路。

通常，诸如氢的气体由中性分子组成。然而，当您过热气体时，电子从核分开时，产生高速嘎嘎作响的带电粒子的汤。然后，磁场可以将带电粒子压成浓缩形状，迫使它们融合在一起。

融合力的40年难题是，没有人能够创建一个融合的反应堆，这比操作它需要更多的力量。换句话说，需要更多的功率来保持比它产生的融合功率的等离子体热和产生融合功率。

欧洲的托卡马克反应堆命名喷射，拥有世界的电力创造记录;它产生16MW的融合功率，但需要24MW电力运行。

然而，麻省理工学院的研究人员认为他们对净功率问题的答案具有答案，而且与今天的核裂变发电厂相比，它“LL可以使用相对微薄的包装。通过使反应器更小，它也使得构建较低。另外，电弧将是模块化的，允许其许多零件用于修理以进行升级，以前未实现的东西。

什么将麻省理工学院的融合装置分开

独自的麻省理工学员已经做了什么是为反应器创建世界的最强大的磁容器领域。磁场越高，熔化反应越大，产生的功率越大。

“我们”重新充满信心，我们将能够展示这种媒体可以做出更多的融合力，而不是保持热量，“哈特说。

麻省理工学院科学与融合中心

提出的电弧反应器的剖视图。由于强大的新磁铁技术，较小，较低昂贵的电弧电抗器会将与更大的反应堆相同的电源输出。

熔融反应堆在今天的裂变核反应堆中有几个优点。对于一个，融合反应器会产生很少的放射性废物。融合反应器产生所谓的“激活产品”与融合中子。

Sorbom表示，产生的少量放射性同位素缺乏寿命短暂的寿命，半年与裂变废物裂变废物持续数十万年。

反应器还将使用比裂变反应器更少的能量操作。

虽然麻省理工学院的目前的Alcator C-Mod没有发电，但它展示了磁壳场对超热等离子体上的影响，并通过热的我们“重新讨论了约1亿华氏度。相比之下，我们的阳光是一个寒冷的2700万华氏度。

远远危险，100百万度等离子体瞬间冷却并在接触反应器的内侧时恢复气态。这就是为什么需要强大的磁容器。

就像裂变核反应堆一样，融合反应器基本上是蒸汽机。来自受控熔化反应的热量用于转动蒸汽涡轮机，又转动发电机。

麻省理工学院的目前的C-MOD融合装置使用丰富的氘作为其等离子体燃料。氘是一种不放射性的氢同位素，可以从海水中提取。

然而，为了产生概念弧反应器，需要第二个氢同位素：氚。因为氘 - 氘同位素保险丝的速率约为比氘 - 氚同位素融合的速率小约200倍。

氚，虽然放射性，只有大约10年的半衰期。虽然氚不会自然发生，但它可以通过轰击锂与中子来产生。结果，它可以容易地作为可持续燃料来源生产。

含有融合反应器，更小更好

虽然麻省理工学院的反应堆可能不方便地进入Tony Stark的胸部（毕竟是电影），但它将是地球上最强大的磁壳腔室最小的融合反应堆。它将产生八个特斯拉斯或大约两个MRI机器的力量。

相比之下，在法国南部，七个国家（包括美国）合作建立了世界上最大的融合反应堆，国际热核实验反应堆（艾特）托卡马克。浸泡腔室具有6.5米的熔融半径，其超导磁体将产生11.8个力的力。

然而，迭代反应器大约是弧大小的两倍，重量为3,400吨 - 作为任何先前制造的融合容器的16倍。D形反应器的尺寸为11米，17米，具有6.2米的Tokamak等离子半径，几乎是弧形3.3米半径的两倍。

1985年的ITER项目的概念始于1985年，并在2013年开始建设。它的估计价格标签为140亿美元至20亿美元。然而，哈特认为迭代将最终更昂贵，400亿美元至500亿美元，基于“美国贡献”为40亿美元至50亿美元，“我们是9％合作伙伴。”

另外，迭代的完成时间表为2020，具有从2027年开始的全氘 - 氚融合实验。

完成后，预计迭代将是第一融合反应堆，以产生净功率，但该电源不会产生电力;它将简单地为可以的反应器做好准备。

Sorbom表示，麻省理工学院的弧形反应堆预计将花费40亿美元至50亿美元，并可在四到五年内完成。

ARC的原因可以越早完成，并且在十分之一时磨练的成本是由于其尺寸和使用在比典型超导体更高的温度下运行的新型高场超导体。

通常，熔融反应堆使用低温超导导体作为磁线圈。线圈必须冷却至约4摄氏度，或减去452华氏度的功能。麻省理工学院的托卡马克融合装置采用“高温”稀土钡氧化铜（REBCO）超导胶带，用于其磁线圈，其昂贵且有效。当然，“高温”是相对的：REBCO线圈在100摄氏度下操作，或约为负280华氏度，但是“S的温度足够温暖以使用丰富的液氮作为冷却剂。

卢卡斯奶园

在他的左手中，Brandon山脉占据了融合反应堆磁线圈的稀土钡氧化铜（Rebco）超导胶带。在他的右手中是典型的铜电缆。使用新的超级导电胶带降低了成本并使能量可以使用充足的液氮作为冷却剂。

“能够缩小融合装置尺寸的启用技术是这种新的超导技术，”索尔布斯说。“虽然自20世纪80年代后期以来的[雷博]超级导力已经存在，但在过去的五年里，公司已经将这东西商业化为像这样的大规模项目的录像机。”

除尺寸和成本外，REFCO胶带还能够增加与标准超导技术相比的融合功率10折。

然而，在麻省理工学院可以建造之前，研究人员必须首先证明他们可以维持融合反应。目前，麻省理工学院的C-MOD反应堆每次发射时都只运行几秒钟。事实上，它需要这么多的力量，这是麻省理工学院必须在订单中使用缓冲变压器储存足够的电力以在剑桥市的情况下运行它。并且，等离子体半径仅为0.68米，C-MOD的甚至甚至均匀的电弧反应器

因此，在它建立电弧反应器之前，麻省理工学院的下一个融合装置 - 先进的偏移器和射频Tokamak实验（ADX） - 将测试各种手段，有效地处理太阳的温度而不会降低等离子体性能。

在实现可持续性性能后，电弧将确定是否有可能。熔融反应堆可以向电网供电的最后障碍正在将热量传送到发电机。