美国提出新型核聚变方案：成本降低比燃煤经济

华盛顿大学的流体聚变实验装置HIT-SI3。其大小大致相当于传统反应堆模型的1/10

新浪科技讯 北京时间10月14日消息，据物理学家组织网站报道，核聚变能的优势太多了，几乎让它听上去不像是真的——零温室气体排放，没有长期放射性废弃物，再加上几乎取之不尽用之不竭的资源。

或许横亘在核聚变发电应用道路上的最大障碍还在于经济方面，简单地说，目前的核聚变装置设计建造成本太高，与使用煤炭与天然气的发电手段相比还无法显示竞争优势。

现在，美国华盛顿大学的工程师们打算改变这一局面。他们设计了一款核聚变装置的概念，当将其扩展成为一座大型电站规模时，其单位发电成本将与燃煤电厂的成本相当。该研究组已经将他们这项成果的相关情况在10月17日于俄罗斯圣彼得堡召开的国际原子能机构的聚变能会议上作了报告。

托马斯·雅布(Thomas Jarboe)是华盛顿大学航空航天专业教授及物理学副教授。他表示：“在目前所有概念模型中，这一设计具有最大的潜力，可以实现核聚变产能的经济可行性。”

这一由华盛顿大学设计的反应堆名为“dynomak”，其一开始是雅布在两年前作为一个课堂项目设计的。当这一课程结束后，雅布和他的博士生德雷克·苏瑟兰德(Derek Sutherland)继续对这一模型设计进行发展和完善。苏瑟兰德此前在麻省理工学院专门从事反应堆设计方面的工作。

这项设计采用了现有的技术方案，在一个局限的空间内产生一个磁场来约束等离子体足够长的时间以便让聚变反应得以发生。这台反应堆本身基本上是自我维持的，这就意味着它能够对等离子体进行连续的加热来维持热核反应条件。反应堆产生的热量将加热冷却剂，进而推动涡轮机实现发电，这与传统的发电站工作原理相似。苏瑟兰德表示：“这是一个优雅得多的解决方案，因为你用于实现聚变的介质也正是你用来驱动整个流体系统来实现自我约束的介质。”

创造磁场有几种方式，这对于核聚变反应堆的运行至关重要。华盛顿大学的设计方案被称作“spheromak”，其磁场的主要产生方式是驱动电流进入等离子体本身。这样做将减少所需的材料，并且实际上让研究人员减少整个反应堆的体积大小。

其他一些设计方案，包括法国设计的一种名为“Iter ”的方案，其反应堆体积相比华盛顿大学的方案就要显得笨重许多，因为它必须依赖缠绕在反应堆外部庞大的超导线圈来产生与之相类似的磁场。因此，与法国方面的方案相比，华盛顿大学的方案将能够大幅度降低成本，其实际成本将只有法国方案的1/10左右，而其产能则将是后者的5倍以上。

华盛顿大学的研究人员将他们的核聚变设计方案与建造一座燃煤电站的方案两者进行了比较。他们使用了一种名为“隔夜资金成本”的计算方式，其中包含了所有成本，尤其是开始建造阶段的基础设施开支。利用核聚变电站产生10亿瓦特电力成本大约为27亿美元，而产出同样多电能的燃煤电站所需的成本大约核算下来是28亿美元。

苏瑟兰德表示：“如果我们对这样的核聚变方案进行投资，我们将会得到回报，因为其商业应用前景看起来已经具有经济性，这非常令人兴奋。”

目前，华盛顿大学的这一设计方案模型只是其最终定型大小的1/10，完成其最终尺寸可能还将耗费数年的努力。研究组此前已经成功地测试了该原型设施维持等离子体效率的能力，并且随着他们继续开发并扩展该设施的规模，他们将得以获得更高温度的等离子体并得到可观的核聚变电力产出。

该研究组已经为他们的这一新型核反应堆设计向华盛顿大学商业化中心递交了专利申请，并计划继续进行原型堆的开发与升级。(晨风)