06.26 这家初创公司破解了聚变能源的秘密吗？

雅谢明·萨普拉克格鲁/2018年6月25日

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物理学界正在上演的笑话是，商业上可行的聚变能源在过去的80年里刚刚出现——最多30年。现在，一家总部位于华盛顿的新公司Agni Energy Inc .计划建造一个聚变反应堆，该公司说，这个计划可能“就在眼前”。

现有的核反应堆通过分裂原子释放能量。但是裂变产生了必须收集和储存的放射性副产品。与裂变相反的聚变意味着将事物连接在一起——在这种情况下是原子。

聚变反应堆将原子撞击在一起，从而释放能量。但科学家尚未能创造出一个有用的聚变反应炉——一个产生比投入更多的能量。如果科学家们能达到聚变的“地平线”，这些反应堆将比裂变产生更多的能量，而没有有害的副产品。毕竟这个过程是太阳给予力量。

大多数聚变反应堆使用两种方法之一:加热等离子体(含有离子的气体)使用激光或离子束达到极端温度，或者用磁铁将等离子体挤压到非常高的密度。

但这两种方法都有很多问题。阿格尼能源公司首席科学官德米特里·霍普金斯说，激光需要向系统中注入大量能量，如果你给等离子体通电，你可能无法使原子保持足够稳定以容纳所有能量。

被遗忘的想法

新方法将同时使用电气和磁场以产生混合融合装置。这种所谓的“束-靶融合”并不试图从一个来源融合原子；相反，它将一束原子撞击到一个固体目标上——来自束的原子与来自目标的原子融合。这种方法中的离子束由氘或含一个中子的重氢离子组成，靶由氚离子(含两个中子的重氢)组成。这种方法使用氢，这是最轻的元素，因为在聚变中最轻的元素产生最多的能量，霍普金斯说。

磁性透镜稳定并激发离子束中的原子，当离子束击中目标时，两种氢原子融合并释放高能中子用于加热水或风力涡轮机。融合也产生无毒的氦，还有一点原始的燃料源氚，它具有轻微的放射性，但可以再用作燃料。

霍普金斯说，这种波束到目标的融合想法最早是在20世纪30年代提出的，当时“被认为是不可行的”，因为它使用的能量比它产生的能量多。“这原本是作为一种融合能量的途径被丢弃的，因为它散发出大量无法使用的能量”。它击中目标时散射太多，”霍普金斯告诉《科学》。“太多的精力就这样流失了的想法就这样结束了”。"

散射小

然而，这种新方法的研究小组表示，它可以通过利用原子的自旋极化或自旋方向(一个基本概念，指粒子旋转的方式)来调整原子在靶和束中的位置。霍普金斯说，通过如此倾斜自旋，研究人员可以克服所谓的库仑势垒，即排斥靠得太近的原子的力。这使得原子散射的程度最小化，增加了收集的能量。

霍普金斯和高中同学福雷斯·贝特顿和埃里克·托马斯早在2011年就设计了一个小型桌面模型，发现自旋极化将能效提高了两个数量级。

不过，并不是每个人都相信这个方案会超越桌面模式。

田纳西州橡树岭国家实验室研究聚变反应的等离子物理学家唐纳德·斯邦在一封电子邮件中告诉《实况科学》:“虽然这种系统可以产生低水平的聚变反应……但由于相当根本的原因，从能量中获取比你投入的更多的能量是没有希望的”。

这是因为散射可能会太高，没有参与阿格尼研究的斯邦说。

Spong说，即使自旋极化的奇异态减少了散射，“人们必须评估产生所谓奇异态所需的能量是否会被声称的反应效率的提高所克服”。

密歇根大学的核物理学家约翰·福斯特并不认为这是不可能的，只是非常棘手。“我不能说从来没有，只是说这很有挑战性，”他说。“对于固体目标，散射是显著的。"

但他说:「自旋极化确实大大提高效率。」“关键是要在实践中集体拿出来。"

霍普金斯说，他乐观地认为阿格尼的设计不会持续30年。“人们一直在说他们接近融合过去80年来，”霍普金斯说。“最终，有人会破解它。"

“看到哪艘船(如果有的话)最先找到地平线，将是令人兴奋的”。