核聚變何時會使石油和天然氣停業。

這個聖誕節是感謝和希望在科學上實現飛躍的時刻：

首先， 威廉王子，Earthshots Prize 的創始人，於 2022 年在波士頓宣布獎項。其中一個類別被稱為 復興我們的海洋. 獲勝者是一個名為 大堡礁的土著婦女. 珊瑚礁一直受到攻擊，勝利者致力於保衛它。 他們致力於保護海灘和海龜，並保護海草，這些海草吸收的二氧化碳比亞馬遜森林多十倍。 他們掌握古老的土著知識，並使用無人機等現代工具來監測珊瑚礁和內陸叢林大火的變化。

其次，20 年來，美國能源部一直資助名為 NuScale 功率模塊的小型模塊化核反應堆 (SMR) 的概念和開發。 更安全、更便宜、可擴展和無碳是優勢。 它是唯一獲得核管理委員會 (NRC) 設計批准的 SMR。 該模塊高度不到 100 英尺，是一個 15 英尺寬的圓柱體，位於地面以下的水浴中。 它可以產生 77 兆瓦的電力，可為 60,000 戶家庭供電。 目標是到 2029 年在愛達荷州啟動並運行。

第三，醫療機構有 治療某些癌症的突破. 該方法使用 CRISPR 技術將作為抗癌免疫系統一部分的 T 細胞取出體外，對其進行基因改造，然後將它們作為“活藥”重新註入體內。 使用 CRISPR，可以對 T 細胞進行微調，使其在攻擊特定癌細胞時更加致命。

這些“現成的”T 細胞可以使用 CRISPR 快速大量製造，而不必之前等待數週或數月。 12 年 2022 月 67 日，堪薩斯大學 McGuirk 博士公佈了出乎意料的好試驗結果，打開了癌症治療的新大門：32 名淋巴癌患者中，40% 的腫瘤縮小了。 XNUMX%的患者達到完全緩解。 人們對這項技術治愈許多其他癌症的潛力充滿熱情。

四是在核聚變方面取得了令人震驚的突破。

核聚變突破。

在上個世紀，物理學最偉大的世紀，其中一項發現就是核裂變。 當像钚這樣的重原子分裂時，少量的質量會丟失並重新出現為大量的能量——因為 E = mc^2，其中 c 是光速，是一個非常大的數。

在德國將根據這種反應研製連鎖反應炸彈的威脅下，美國政府投入巨額資金在離我居住地不遠的新墨西哥州洛斯阿拉莫斯建造裂變炸彈。 它在阿爾伯克基南部的白沙沙漠中進行了測試，並最終用於結束與日本的戰爭。

商業應用迅速導致不同國家的電網大小的核反應堆。 其中一些取得了成功——法國 70% 的電力來自 56 個核反應堆，而美國約 20% 的電力來自 93 個核反應堆。

但當可怕的事故發生時，成功並不容易，例如 1986 年俄羅斯的切爾諾貝利事故和 2011 年的日本福島事故，以及美國對核廢料處理的擔憂。

姊妹核反應是指兩個氫原子核克服排斥力而被迫合併為氦原子核，並再次釋放出巨大的能量。 這是美國在 1950 年禁止試驗條約之前的 1963 年代在南太平洋（比基尼環礁）進行氫彈試驗的基礎。

從那以後的幾十年裡，人們一直在尋求核聚變的商業應用。 例如，一項基於阿爾伯克基桑迪亞國家實驗室的努力，那裡的熱帶電等離子體受到電場的限制。 這個想法是限制、壓縮和加熱等離子體（能量輸入），直到氫核合併（能量輸出）。 但是能量輸入總是大於能量輸出。

另一個商業應用是在加利福尼亞州舊金山灣區的勞倫斯利弗莫爾實驗室。 這裡 使用了 192 台激光器 通過噴射價值 1 萬美元的混合氫同位素顆粒來限制、壓縮和加熱等離子體。 結果總是一樣的——直到現在。 在截至 16 年 2022 月 3.1 日的一周內宣布，能量消耗（2.1 兆焦耳）首次超過能量輸入（3 兆焦耳）。 這是一個真正的突破。 達到的溫度是XNUMX萬攝氏度。

正確看待這一點。

首先，輸入能量與輸出能量太簡單了，因為啟動激光器需要大得多的能量：400 兆焦耳。 見參考 1。

其次，成功的故事只是關於一個事件——一次聚變點火。 要接近實用，每分鐘需要很多很多聚變事件，並且需要功率高出數千倍的激光。 此外，成本必須便宜一百萬倍（參考文獻 1）。 總之，這一成功雖然鼓舞人心，但離想像的實際應用還差得很遠。

所以它不便宜也不實用，但它會產生高強度的能量，而且是無碳的。

核裂變能是 強大一百萬倍 比地球上任何其他能源都要多。 這也是為什麼在法國和美國等國家投資建造數十座核電站的一個重要原因。

核聚變產生的能量是核裂變的 3-4 倍。 那是夢想的一部分。 聚變夢想的另一部分是沒有核廢料需要處理——這些廢料可能需要數百年或數千年才能腐爛。 第三部分是聚變不是連鎖反應，因此不存在核反應失控和爆炸的危險。

由於發電約佔全球溫室氣體排放量的三分之一，因此夢想的最後一部分是遍布全國的核聚變工廠，以提供高強度無碳電能。

但請記住，這只是一個夢。 儘管有其優勢，但到 2050 年，甚至到 2100 年，無碳核聚變都不會使石油和天然氣行業停業。

外賣。

人類複製了太陽的光和熱源。 在大約 15 萬攝氏度的溫度下，太陽的氣體內部在巨大的壓力下被壓縮——一茶匙重 750 克或 1.65 磅。要在實驗室中復制太陽的內部條件並實現收支平衡（能量輸出大於能量輸入） ) 是一項令人印象深刻的壯舉。

但核聚變離想像中的商業應用還差得很遠。

那麼我們為什麼要花大錢調查它呢？ 因為發達國家就是這麼做的。 他們建造像詹姆斯·韋伯這樣的望遠鏡，並將它們安裝在衛星上以研究宇宙。 他們製造火箭將男人和女人送上月球。 他們建造了磁性跑道，以便在質子碰撞之前將質子加速到光速，並在碎片中揭示難以捉摸的亞原子粒子，如希格斯玻色子。

政治在決定政府對科學的支持和資金分配到哪裡方面發揮著重要作用。 值得慶幸的是，如上所述，有許多國家利用科學解決直接造福人類的緊迫問題的例子。

參考資料 1：Jerusalem Demsas，《太陽的力量》，大西洋日報，16 年 2022 月 XNUMX 日。