美國科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在致力于制造用于核聚變發(fā)電廠的氫膜。

該項(xiàng)目由美國能源部能源高級研究計(jì)劃局(ARPA-E)資助， 可以在使聚變成為未來清潔能源的現(xiàn)實(shí)來源方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

聚變是一種核反應(yīng)，它將兩個(gè)原子結(jié)合起來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)總質(zhì)量稍小的新原子。質(zhì)量差以能量的形式釋放，正如愛因斯坦著名的方程 E = mc² 所描述的那樣，其中能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。由于光速巨大，只需將少量質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量(就像聚變中發(fā)生的情況一樣)就會(huì)產(chǎn)生同樣巨大的能量。

在太陽中，四個(gè)氫原子融合在一起形成氦，伴隨著產(chǎn)生這種能量的非常小的質(zhì)量損失。在地球上，這個(gè)過程是使用氫同位素氘和氚在磁約束等離子體中重現(xiàn)的。

在等離子體反應(yīng)堆中，這些同位素中只有一小部分轉(zhuǎn)化為氦氣，因此有效地將未反應(yīng)的同位素與氦氣分離并將其回收回聚變反應(yīng)堆至關(guān)重要。

由化學(xué)和生物工程教授 Colin Wolden 領(lǐng)導(dǎo)的礦業(yè)團(tuán)隊(duì)正在為此目的開發(fā)復(fù)合膜。

膜通常用于純化燃料電池或化學(xué)加工工業(yè)中的氫氣，但該大學(xué)的研究人員表示，他們正在制造的膜是專門為在聚變發(fā)電廠的環(huán)境中運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。

該大學(xué)表示，復(fù)合膜基于釩或鐵等低成本金屬箔，其表面必須經(jīng)過修飾，以促進(jìn)氫的傳輸，同時(shí)承受等離子體輻射和高溫熔鹽的影響。

礦業(yè)學(xué)院的研究人員正在使用半導(dǎo)體行業(yè)的工具，例如反應(yīng)濺射和原子層沉積，來修改并實(shí)現(xiàn)這種性能的環(huán)境。

沃爾登表示，制造成功的膜可以實(shí)現(xiàn)成本更低、更安全的聚變能源系統(tǒng)，并可能有助于使聚變發(fā)電廠成為現(xiàn)實(shí)。

“聚變有潛力成為一種無限的無碳能源，”沃爾登說。“這可能是長期解決方案。”

核聚變是為太陽和恒星提供動(dòng)力的能源，核聚變的支持者希望有一天它也能產(chǎn)生幾乎無限的無碳能源，幫助加速地球擺脫化石燃料。

商業(yè)核聚變能源預(yù)計(jì)需要幾十年的時(shí)間才能在經(jīng)濟(jì)上變得可行。

加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的研究人員于 2022 年 12 月取得了突破，在核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量比用于點(diǎn)燃它的能量還要多，這是一項(xiàng)長期追求的成就，稱為凈能量增益。

這次極其短暫的聚變反應(yīng)于 2022 年 12 月 5 日實(shí)現(xiàn)，使用了 192 束激光，測量的溫度比太陽中心高數(shù)倍。