来看看号称比燃煤便宜的聚变技术吧
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我们有众多支持核聚变发电的理由。
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它不会像核裂变一样产生危险的、长期有毒的废物。它比煤清洁得多，燃料的供给几乎是无限的。而且与风能和太阳能不同，核聚变发电厂的输出是恒定且可靠的。而反对核聚变发电的主要理由是，尽管经过几十年的努力，但它仍然没有实现。然而，这并不妨碍学术界、政府、民营企业，甚至是风险投资公司对它萌生青睐之意。
洛克希德?马丁公司曾透露，他们研究的一种聚变反应堆，它的体积小到可以通过卡车进行运输。劳伦斯维尔等离子体物理公司（LawrencevillePlasma Physics）还进行了众筹募集资金，目的是推进其替代方案——质子硼聚变的研发。氦核能源公司（Helion Energy）也开发了一种基于磁压缩的聚变，而此时通用聚变公司（GeneralFusion）开发的是一个液态金属漩涡冲击波发电系统。
由等离子物理学家汤姆?亚伯（Tom Jarboe）带领的华盛顿大学的一个研究小组则揭示了一个很有前景的方法。他们开发了一种名为dynomak的聚变反应堆。相关研究人员表示，这项技术是独一无二的，因为它为以其他已验证的能源为基础的发电厂提供了一个出路，而且此类反应堆也有望比燃煤电厂更经济。
Dynomak是最流行的研究用聚变机——托卡马克的一种变体。在本质上，托卡马克是一个环形的机器，通过将环向场（沿圆环分布）与极向场（绕在圆环外侧）结合，形成螺旋形磁场。这些场必须强大到足以保持等离子体稳定，并且要加热到上亿摄氏度的高温，以诱发核聚变。
在实践中，托卡马克是中空的环形真空室，具有由耐热性金属或陶瓷制成的内壁。真空室外是产生环形磁场的巨大的超导线圈，用于稳定等离子体。欧盟、中国、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国正合作在法国建立一个巨大的500亿美元的托卡马克，被称为国际热核聚变实验堆（ITER），该项目可能将会在本世纪30年代形成聚变电厂。但是华盛顿大学的团队——及其在聚变替代品方面的竞争者们——希望在商业化方面超越它。
华盛顿大学的dynomak属于托卡马克的一个亚型，该亚型被称为球形马克（spheromak）。最重要的区别在于，球形马克摒弃了托卡马克大多数昂贵的超导磁性线圈。相反，一个球形马克通过利用流经等离子体本身的电流来产生稳定和约束等离子体所需的磁场。
华盛顿大学的研究生德里克?萨瑟兰（Derek Sutherl-and）解释说，这很棘手。为了使其运作，你不仅需要对等离子体行为背后的物理学有深刻的理解，而且需要有一种驱动电流的非常有效的方式。如果不够谨慎，你最终会让反应堆所生产的所有能量返回等离子体以保持其稳定——这就只会产生一台能量自给的昂贵机器，再无其他。
萨瑟兰表示，2012年华盛顿大学实验发现的一种被称为发电机电流驱动（因此命名为“dynomak”）的物理机制是一项重大突破。通过将电流直接注入等离子体，发电机电流驱动器使系统可控制螺旋场，从而约束等离子体。其结果是，你可以以相对较小且便宜的反应堆获得稳定状态的聚变。萨瑟兰说：“我们能够比之前更高效地驱动等离子体电流，这种高效率就可以带来更大的电流和更紧凑、经济的设计。”
经济到什么程度呢？
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根据萨瑟兰团队的预测，dynomak的建造成本不及ITER等托卡马克的十分之一，而其产出的电力是后者的5倍。这种巨大的效率提升非常引人注目：据华盛顿大学的分析，在这种效率下，一个10亿瓦的dynomak聚变电厂的总成本为27亿美元，稍低于具有相同功率的燃煤电厂的28亿美元。华盛顿大学的研究人员对于他们的dynomak非常乐观，因为它与现有的系统差别不大。萨瑟兰认为他们已经融入了主流，并转化成为一种完全可行的方法，它与之前的方法存在一定的差异，足以真正开始解决核聚变发电面临的经济问题。
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爱荷华大学的物理学家弗雷德?斯基夫（Fred Skiff）说：“Dynomak是球形马克的一种，球形马克并没有得到应有的关注。它的潜在优点是显著的：更低的磁场——由此带来更低的成本和复杂性——以及更小规模的反应堆。”更低的磁场是非常重要的，因为“在一个反应堆环境中制造和保护大型超导线圈并不简单。”
然而，斯基夫表示：“还有很多具有重要意义的未知领域：控制电流分布、等离子体位置的能力，以及保持高约束的能力必须得到证明。”
Dynomak未来的发展是显而易见的。亚伯的团队正在研究的被称为HIT-SI3的实验装置是商用dynomak核聚变反应堆规模的约十分之一。它具有3个螺旋喷射器，也就是控制将螺旋磁场施加到等离子体的线圈。萨瑟兰说：“根据电流设计，最终的dynomak反应堆会有6个喷射器。”利用800万至1000万美元的资金，这个团队希望制造一台有6个喷射器的HIT-SIX装置，其体积将是HIT-SI3的两倍。
萨瑟兰表示，体积达到这种规模就会变得非常有趣。HIT-SIX的设计是利用1兆安的等离子体电流来达到数百万摄氏度的高温。他表示，如果发电机电流驱动在HIT-SIX上的运作良好，他就会“更有信心地说，我们的开发之路一定会成功。”
亚伯的团队预计，这整个过程，包括建立一个发电试验工厂，将需要约40亿美元。而与斥资500亿美元的ITER相比，这只是一个小数目。
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洛克希德?马丁公司
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资金来源：公司内部。其工作原理是什么？其设备（上图）类似于托卡马克，但使用了一种新型自整定反馈机制来控制其磁场的几何形状。它有什么优势？非常高效的反应堆，小到足以装进卡车和集装箱，它们甚至可以无限地为飞机提供动力。何时能商用？目前正在测试操作理论；2025年左右将开发出实用化的反应堆。
氦核能源公司
资金来源：NASA、美国能源部和国防部投入了700万美元，再加上150万美元的种子资金。其工作原理是什么？等离子体燃料在腔室的任一端形成稳定的磁环。然后，这些磁环以每小时160万千米的速度撞击在一起。它有什么优势？为小型模块化发电厂制造的全固态电子设备。聚变能量被直接转化为电能。作为副产物，发电厂会自己产出氦-3燃料。何时能商用？目前正在开发一个反应堆规模的聚变核；2019年将建成50兆瓦的试验电厂。
劳伦斯维尔等离子体物理公司
资金来源：私人投资300万美元，再加上Indiegogo的活动中众筹的18万美元；目前正在申请美国高级研究计划局（DARPA）的一个为期两年、200万美元的能源补助。其工作原理是什么？强劲的电脉冲产生等离子体线柱。线柱是合并在一起的，而天然不稳定性导致它们扭曲成等离子粒团。等离子粒团自热达到聚变状态。它有什么优势？该系统并不是试图通过磁场控制等离子体的不稳定性，而是利用不稳定性制造聚变。氢-硼聚变反应不会产生放射性的副产品。何时能商用？目前正在进行测试，以增加等离子体密度；到2020年，将完成车库大小的5兆瓦发电机组，每个发电机组成本为30万到50万美元。
通用聚变公司
资金来源：5500万美元，主要来自风险投资。其工作原理是什么？磁场将等离子体短暂地约束在液态金属的涡流内。蒸汽动力活塞会制造一个球形冲击波，使液态金属涡流塌陷，压缩燃料实现聚变能。它有什么优势？等离子体只需要进行短暂的约束，而蒸汽动力活塞会产生简单、经济的反应堆。何时能商用？可能会使反应堆在2020年实现商用。
作者：Evan Ackerman
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