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本報(bào)訊 日本國立聚變科學(xué)研究所和美國TAE技術(shù)公司攜手，首次在磁約束聚變等離子體中實(shí)現(xiàn)了氫硼聚變實(shí)驗(yàn)。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表于《自然-通訊》。

盡管這些聚變反應(yīng)遠(yuǎn)未達(dá)到凈能量，而且需要比標(biāo)準(zhǔn)核聚變?nèi)剂细叩臏囟?，但氫硼燃料儲量豐富，且不會產(chǎn)生破壞性顆粒。TAE首席執(zhí)行官M(fèi)ichl Binderbauer在一份聲明中指出，研究結(jié)果表明，這種由質(zhì)子和硼元素混合而成的替代燃料有望在公用事業(yè)規(guī)模的核聚變發(fā)電中占有一席之地。

然而，麻省理工學(xué)院等離子體科學(xué)與聚變中心主任Dennis Whyte認(rèn)為，這是一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，但對說服懷疑論者更換燃料幾乎沒有幫助。

核聚變經(jīng)常被宣傳為是一種無碳能源，它有一種豐富而廉價(jià)的燃料——氫同位素氘和氚（D-T）的混合物。實(shí)際上，氚很稀有，必須在反應(yīng)堆中由鋰“培育”出來，一些科學(xué)家對此感到擔(dān)心。此外，D-T燃料在高溫下聚變時(shí)會產(chǎn)生大量的高能中子，對人類和反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)都是有害的。

TAE采用了一種不同的方法：將氫核質(zhì)子與容易開采的硼聚變。這個(gè)反應(yīng)不產(chǎn)生中子，只產(chǎn)生無害的氦，但它需要大約30億攝氏度的高溫，即太陽核心熱量的200倍，比聚變D-T所需的溫度高30倍。研究人員已經(jīng)證明，他們可以使用瞄準(zhǔn)固體目標(biāo)的粒子束或用激光轟擊等離子體來融合質(zhì)子和硼。

日本國立聚變科學(xué)研究所使用的是一個(gè)被稱為大型螺旋裝置（LHD）的傳統(tǒng)核聚變反應(yīng)堆。LHD于1998年開始運(yùn)行，外形像一個(gè)扭曲的甜甜圈，其電磁鐵含有超熱電離燃料，即等離子體。實(shí)驗(yàn)中，硼等離子體被加熱到2000萬攝氏度左右，中性氫原子束被發(fā)射到等離子體中。氫硼聚變會產(chǎn)生高速氦原子，TAE開發(fā)的氦傳感器在使用硼等離子體時(shí)，比含有非反應(yīng)性氣體多記錄了150倍的碰撞次數(shù)，表明核聚變正在發(fā)生。

研究團(tuán)隊(duì)的計(jì)算機(jī)模擬表明，這相當(dāng)于每秒發(fā)生大約5萬億次核聚變反應(yīng)。Whyte說，這些反應(yīng)大多是由粒子束引起的。在許多聚變反應(yīng)堆中，粒子束被用來使整個(gè)等離子體溫度高到足以更廣泛地發(fā)生聚變。但LHD的研究結(jié)果表明，聚變只發(fā)生在束流轟擊等離子體的少數(shù)熱點(diǎn)區(qū)域，而不是其他地方，因?yàn)橐坏╆P(guān)閉束流，聚變率就會迅速下降。

一個(gè)能發(fā)電的聚變反應(yīng)堆需要更大范圍的聚變?nèi)紵齺硖峁┳銐虻臒崃?，從而維持反應(yīng)，另外還要收集一些額外的熱量來發(fā)電。LHD距離這一目標(biāo)還有很長的路要走，但TAE相信它可以用一種非常不同的等離子體設(shè)備實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。TAE的各種試驗(yàn)臺已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的等離子體“煙霧環(huán)”，通過粒子束穩(wěn)定和加熱。迄今為止，TAE最大的機(jī)器“諾曼”在30毫秒內(nèi)達(dá)到了6000萬攝氏度的高溫。

TAE介紹，在幾年內(nèi)，它將建造一個(gè)名為“哥白尼”的后繼者，其目標(biāo)是達(dá)到1億攝氏度，這是常規(guī)D-T聚變所需的溫度。下一個(gè)十年，TAE希望制造出一種更強(qiáng)大的機(jī)器“達(dá)芬奇”，使其接近氫硼聚變的溫度。

Whyte說，中子是對傳統(tǒng)核聚變的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，但他認(rèn)為讓等離子體達(dá)到數(shù)十億攝氏度的高溫可能同樣困難。即使TAE做到了，但每次氫硼反應(yīng)產(chǎn)生的能量也只有氘和氚的一半。“要使它有價(jià)值，氫硼聚變需要具備強(qiáng)大的工程優(yōu)勢。”（辛雨）

原標(biāo)題：儲量豐富、不產(chǎn)生有害中子 日美聯(lián)合實(shí)現(xiàn)氫硼聚變新突破