研究人员在核聚变过程中制造燃料氢同位素

美国科罗拉多矿业学院的一个团队正在致力于制造用于核聚变发电厂的氢膜。

该项目由美国能源部能源高级研究计划局(ARPA-E)资助， 可以在使聚变成为未来清洁能源的现实来源方面发挥关键作用。

聚变是一种核反应，它将两个原子结合起来，产生一个或多个总质量稍小的新原子。质量差以能量的形式释放，正如爱因斯坦著名的方程 E = mc² 所描述的那样，其中能量等于质量乘以光速的平方。由于光速巨大，只需将少量质量转化为能量(就像聚变中发生的情况一样)就会产生同样巨大的能量。

在太阳中，四个氢原子融合在一起形成氦，伴随着产生这种能量的非常小的质量损失。在地球上，这个过程是使用氢同位素氘和氚在磁约束等离子体中重现的。

在等离子体反应堆中，这些同位素中只有一小部分转化为氦气，因此有效地将未反应的同位素与氦气分离并将其回收回聚变反应堆至关重要。

由化学和生物工程教授 Colin Wolden 领导的矿业团队正在为此目的开发复合膜。

膜通常用于纯化燃料电池或化学加工工业中的氢气，但该大学的研究人员表示，他们正在制造的膜是专门为在聚变发电厂的环境中运行而设计的。

该大学表示，复合膜基于钒或铁等低成本金属箔，其表面必须经过修饰，以促进氢的传输，同时承受等离子体辐射和高温熔盐的影响。

矿业学院的研究人员正在使用半导体行业的工具，例如反应溅射和原子层沉积，来修改并实现这种性能的环境。

沃尔登表示，制造成功的膜可以实现成本更低、更安全的聚变能源系统，并可能有助于使聚变发电厂成为现实。

“聚变有潜力成为一种无限的无碳能源，”沃尔登说。“这可能是长期解决方案。”

核聚变是为太阳和恒星提供动力的能源，核聚变的支持者希望有一天它也能产生几乎无限的无碳能源，帮助加速地球摆脱化石燃料。

商业核聚变能源预计需要几十年的时间才能在经济上变得可行。

加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员于 2022 年 12 月取得了突破，在核聚变反应中产生的能量比用于点燃它的能量还要多，这是一项长期追求的成就，称为净能量增益。

这次极其短暂的聚变反应于 2022 年 12 月 5 日实现，使用了 192 束激光，测量的温度比太阳中心高数倍。