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

盡管這些聚變反應遠未達到凈能量，而且需要比標準核聚變?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Michl 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，麻省理工學院等離子體科學與聚變中心主任Dennis Whyte認為，這是一個有趣的實驗，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的燃料——氫同位素氘和氚（D-T）的混合物。實際上，氚很稀有，必須在反應堆中由鋰“培育”出來，一些科學家對此感到擔心。此外，D-T燃料在高溫下聚變時會產(chǎn)生大量的高能中子，對人類和反應堆結(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。這個反應不產(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，他們可以使用瞄準固體目標的粒子束或用激光轟擊等離子體來融合質(zhì)子和硼。

日本國立聚變科學研究所使用的是一個被稱為大型螺旋裝置（LHD）的傳統(tǒng)核聚變反應堆。LHD于1998年開始運行，外形像一個扭曲的甜甜圈，其電磁鐵含有超熱電離燃料，即等離子體。實驗中，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，比含有非反應性氣體多記錄了150倍的碰撞次數(shù)，表明核聚變正在發(fā)生。

研究團隊的計算機模擬表明，這相當于每秒發(fā)生大約5萬億次核聚變反應。Whyte說，這些反應大多是由粒子束引起的。在許多聚變反應堆中，粒子束被用來使整個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)熱點區(qū)域，而不是其他地方，因為一旦關(guān)閉束流，聚變率就會迅速下降。

一個能發(fā)電的聚變反應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，另外還要收集一些額外的熱量來發(fā)電。LHD距離這一目標還有很長的路要走，但TAE相信它可以用一種非常不同的等離子體設(shè)備實現(xiàn)這一目標。TAE的各種試驗臺已經(jīng)創(chuàng)建了一個快速旋轉(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最大的機器“諾曼”在30毫秒內(nèi)達到了6000萬攝氏度的高溫。

TAE介紹，在幾年內(nèi)，它將建造一個名為“哥白尼”的后繼者，其目標是達到1億攝氏度，這是常規(guī)D-T聚變所需的溫度。下一個十年，TAE希望制造出一種更強大的機器“達芬奇”，使其接近氫硼聚變的溫度。

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

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