聚變能聽起來似乎好的令人難以置信——零溫室氣體排放，沒有長久存在的放射性廢棄物，它是一種幾乎無限量的能源供應(yīng)。而采用聚變能面臨的最大障礙可能是經(jīng)濟學問題。核聚變發(fā)電設(shè)計還沒有便宜到可以取代現(xiàn)有的利用化石燃料，例如煤炭和天然氣的系統(tǒng)。美國華盛頓大學的工程師們希望改變這一現(xiàn)狀。他們設(shè)計了一種概念核聚變反應(yīng)器，但它變成大型電廠的規(guī)模時，將可以與相似電量產(chǎn)出的燃煤火力發(fā)電廠所耗費成本相當。研究小組的核聚變反應(yīng)堆設(shè)計以及成本分析研究于去年春天被發(fā)表，它將在10月17日俄羅斯圣彼得堡召開的國際原子能機構(gòu)的聚變能會議上展示。
       “就目前為止，這一設(shè)計具有產(chǎn)生非常經(jīng)濟的核聚變發(fā)電的巨大潛力。” 華盛頓大學的航空學教授和物理學副教授托馬斯?賈爾伯（Thomas Jarboe）這樣說道。華盛頓大學研究小組設(shè)計的這個名為dynomak的反應(yīng)堆始于賈爾伯兩年前帶的一門課的課堂項目。在課程結(jié)束后，賈爾伯和他的博士研究生德里克?薩瑟蘭（Derek Sutherland）——他之前在美國麻省理工學院做過反應(yīng)堆設(shè)計的研究——繼續(xù)發(fā)展并修改了這一概念。這一設(shè)計是建立在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在封閉空間里創(chuàng)造了一個磁場從而保證等離子體停留足夠長的時間以引發(fā)核聚變的產(chǎn)生，使得炙熱的等離子體反應(yīng)并燃燒。反應(yīng)堆本身主要是自我維持的，這意味著它能夠持續(xù)的加熱等離子體以維持熱核條件。反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱將加熱用于旋轉(zhuǎn)渦輪機并發(fā)電的冷卻劑，這類似于典型原子動力反應(yīng)堆的工作原理。
       創(chuàng)造一個磁場有好幾種方法，這對于維持核聚變反應(yīng)持續(xù)進行是至關(guān)重要的。華盛頓大學的反應(yīng)堆設(shè)計被稱為球形馬克Spheromak（一種自組織的環(huán)形等離子體形態(tài)），這意味著它通過驅(qū)動電流至等離子體里就能夠產(chǎn)生大部分的磁場。這極大的減少了所需要的材料量，使得研究人員能夠縮減反應(yīng)堆的整體大小。其它的設(shè)計，例如目前正在法國建造的實驗性核聚變反應(yīng)堆項目國際熱核聚變實驗堆（ITER），它就比華盛頓大學的設(shè)計要大得多，因為它依賴于環(huán)繞設(shè)備外部的超導線圈提供相似的磁場。與法國的核聚變反應(yīng)堆概念相比，華盛頓大學的設(shè)計成本要低廉得多——大約是ITER的1/10——但同時產(chǎn)生的能量是前者的5倍。
       華盛頓大學的研究人員計算了使用他們的設(shè)計所建造的核聚變反應(yīng)堆發(fā)電廠所耗費的成本，并與建造燃煤電廠的成本進行對比。他們使用了名為隔夜資金成本的度量，后者包括所有的成本，尤其是初始基礎(chǔ)設(shè)施費用。分析顯示一個核聚變發(fā)電廠產(chǎn)生10億瓦特的電量需要耗費27億美金，而一個燃煤電廠產(chǎn)生相同的電量需要耗費28億美金。
        “如果我們投資這種類型的核聚變，我們肯定可以獲得回報，因為這種商業(yè)反應(yīng)堆看起來已經(jīng)很經(jīng)濟，這真是令人激動不已。”而現(xiàn)在，華盛頓大學研究小組的概念只是實際產(chǎn)品大小和能量產(chǎn)出的1/10，因此還有很多年需要努力。目前研究人員測試了原型高效維持等離子體的能力，隨著他們不斷研發(fā)和擴張設(shè)備的大小，他們可以提升到更高溫度的等離子體并獲得更大的核聚變能量產(chǎn)出。