為了滿足世界對豐富清潔能源的迫切需求，當今人們對聚變能源的興趣日益濃厚。目前至少有 43 家私人公司正在追求安全地融合兩個原子核以形成更重的原子核並同時釋放能量的目標。然而，聚變反應器核心的標準氘氚（DT）反應帶來了許多重大的長期問題。
氘和氚是氫的同位素，它們在較低溫度下會聚變，比其他反應釋放更多能量。但它們也會產生中子流，需要複雜的（且尚未完善的）遏制技術來防止中子輻射破壞反應器壁、支撐基礎設施和附近的生物。
這將迫使我們研究一系列更先進的聚變燃料，或非常創新的措施，以便能夠克服這個問題或積極利用它。
新一代特立獨行的聚變專家致力於解決中子問題。他們的方法是將DT燃料換成現成的元素，這些元素在融合時會釋放帶電粒子而不是中子攜帶的能量。這種方法（非中子聚變）的支持者認為，這些設備最終將更容易製造，並且更適合電力系統，因為更容易將帶電粒子的能量轉化為電能。它們還產生很少或不產生放射性廢物。
氫硼聚變
TAE Technologies（原名 TriAlpha Energy）擁有最成熟的私人非中子聚變專案。該公司成立於 1998 年，根據執行長 Michl Binderbauer 介紹，目前資本約 12.5 億美元。 TAE 的方法涉及用氫和硼（一種也稱為 p-B11 的混合物）為其反應提供燃料。熔化時，氫硼釋放出三個帶正電的氦 4 原子核，稱為 α 粒子。
TAE 設計透過一種稱為反向場配置 (FRC) 的技術來限制等離子體（燃料非常熱，電子從原子中剝離，形成電離氣體）。在 FRC 中，等離子體主要封閉在其自身的磁場中，而不是依賴外部施加的磁場。
TAE 的圓柱形線性研究反應器（暱稱「諾曼」）的兩端都裝有面向內的電磁等離子體炮，可將等離子體環加速進入中央室。在那裡，這些環結合形成一個圓柱形等離子體，由來自側面的中性原子束穩定。這些射線還加熱等離子體並為其提供新鮮燃料。 TAE 的發電廠設計將熱量沉積在安全殼壁上，並使用傳統的熱轉換系統將其轉化為蒸汽來驅動渦輪機。
「這是一個超級時尚的野獸，」賓德鮑爾說。 「在典型的磁力約束設計中，大約 60% 的機器成本是磁鐵的成本。如果你能充分利用等離子體本身的磁場，你將擁有巨大的經濟優勢。”
但事實證明，FRC 是不守規矩的：如果等離子體行為不當，鄰近的磁場也會瓦解，等離子體就會冷卻。賓德鮑爾的團隊在過去十年裡一直在尋找穩定等離子體的方法。近年來，該公司利用人工智慧和機器學習的進步，開發了即時重塑和重新定位等離子體的方法和硬體。
「現在我們有了這種穩定性，」賓德鮑爾說。 「我們可以操縱這些電流並保持它們恆定和穩定。我們得到了一個美麗的磁場，其表現與預期完全一致。”
燃燒氫硼燃料產生聚變能還有另一個顯著缺點：它需要超過攝氏 30 億度的極端溫度，比氘氚反應所需溫度高出 20 或 30 倍。許多物理學家的傳統想法是，在這些溫度下，電子的速度會減慢很多，以至於它們冷卻等離子體的速度比加熱等離子體的速度快。
賓德鮑爾反駁說，電子將成為等離子體中能量的主要載體，但這些電子的溫度被相對論效應鎖定。 「自 20 世紀 90 年代以來，我們做了極其複雜的工作並發表了許多同行評審的文章。其他人測量了這些東西，發現不存在毀滅國家的災難性輻射冷卻。”
專注於稀有同位素
Helion 能源的目標是基於稀有的氦同位素 helium-3 來進行聚變。不幸的是，氦 3 極為稀有——它僅佔地球上可用氦氣的 0.0001%——而且生產成本極其昂貴。 Hel-3 最終可以在月球表面開採，估計月球表面的儲量為 110 萬噸。但 Helion 計劃透過氘-氘副反應在他的機器中生產氦 3，而不是建造一艘太空船。到目前為止，該公司只生產了極少量的氦3，但它計劃使用「專利的高效閉式燃料循環」來增加氦3的產量。
此反應可能是氘氚反應、「傳統」反應或質子硼反應的中間步驟，因為它需要較低的溫度。
D-Helium-3 反應並非完全是非中子反應，但僅以快中子的形式釋放約 5% 的能量。這不會完全消除輻射損傷的併發症，但會顯著減少它們。
Helion 的裝置與 TAE 的裝置一樣，是一個覆蓋著相對的等離子炮的圓柱體。該公司表示，該機器的等離子槍並沒有試圖產生持續的反應，而是每秒發出一次脈衝，在中心形成一個固定的 FRC，並用磁場凝聚等離子體，直到它變得足夠熱且密度足以熔化。當能量釋放時，等離子體將抵抗磁場向外推動，使系統能夠透過磁線圈收集帶電能量。
為了產生脈衝，Helion 設備將依賴大量電容器，這些電容器將儲存多達 50 兆焦耳的能量，並在不到一毫秒的時間內反覆放電。
儘管存在這些和其他技術障礙，Helion 已經找到了第一個發電廠客戶，預計將於 2028 年上線。該公司最近與微軟達成協議，提供至少 50 兆瓦的電力，足以滿足工廠或數據的需求。生產。經過一年的加速期後，中心。
聚變能源界的許多人認為這是一種宣傳噱頭，或者充其量是對一家尚未證明其反應帶來的淨能源收益的公司過於樂觀的宣傳。
HB11的硼雷射聚變
澳洲的HB11反應器概念使用高功率雷射與磁約束相結合來融合氫和硼。此方法使用超短脈衝放大雷射的超短脈衝（2018 年諾貝爾物理學獎的主題）透過捕獲磁場內的硼燃料快速加速氫，當它們碰撞時產生聚變事件。
據德國漫威報道，此次合併
總部位於德國的Marvel Fusio n 正在研究利用高能量雷射和質子硼 11 燃料在奈米結構目標中實現雷射引發的慣性約束聚變。該公司最近與科羅拉多州立大學合作，在柯林斯堡建造了世界上最強大的雷射設施之一，
普林斯頓融合系統公司
Princeton Fusion Systems 的 FRC 方法利用氘和氦 3，並使用射頻加熱進行 FRC 形成和等離子體加熱。該實驗旨在利用超導磁體技術進行小規模核融合，從而實現低能量排放應用，生產變數為 1 至 10 MW，可用於潛艇、工業裝置、太空船或城市發電廠。聚變所需的氦 3 將透過探測器系統從月球捕獲。
極具未來感的核融合願景。
感謝我們的 Telegram 頻道，您可以隨時了解新經濟情景文章的發布。
《非中子核融合的新前沿》一文來自Scenari Economici 。
這是在 Sat, 21 Oct 2023 16:20:17 +0000 在 https://scenarieconomici.it/le-nuove-frontiere-della-fusione-nucleare-aneutronica/ 的報紙 “Scenari Economici” 上發表的文章的翻譯。