弗吉尼亚州的聚变发电厂筹建中 向无限能源迈进

联邦聚变系统公司（CFS）已宣布计划在弗吉尼亚州里士满附近建造世界上第一座电网规模的聚变发电厂。在对全球 100 多个地点进行考察之后，中心选择了弗吉尼亚州切斯特菲尔德县的一块 100 英亩（40.5 公顷）的土地来建造 ARC（"ARC"是"负担得起的、坚固的、紧凑的"的首字缩写）。 这座核聚变发电厂的目标是到 2030 年代初，连续生产 400 兆瓦的清洁能源，几乎是无限的。

如果您对"ARC"这个名字有印象，那是因为它与漫威漫画中的托尼-斯塔克发明的虚构ARC反应堆同名，后者为钢铁侠战衣等提供动力。 斯塔克的迷你聚变反应堆小到足以握在手中，而现实世界中的 CFS 版本将接近一个仓库的大小。 目前还没有超级英雄套装。

ARC 的剖面图，其中包含 1 亿摄氏度等离子体和超导磁体

核聚变是原子核融合以释放大量能量的过程，与太阳等恒星的动力反应相同。 与分裂原子并产生危险放射性废物的核裂变不同，核聚变使用氢同位素（如氚和氘），并产生无害的副产品氦。 长期以来，核聚变一直是清洁、无限能源的"圣杯"，并有可能彻底改变全球能源格局。

SPARC 反应堆将利用 CFS 设计的全新高温超导磁体系统，将温度超过 1 亿摄氏度的过热等离子体封闭在一个称为托卡马克的甜甜圈形安全壳中。

目标是实现稳定燃烧，像传统发电厂一样持续发电。 如果成功，它可以为 15 万户家庭供电，而不会产生化石燃料对环境的不利影响。

虽然核聚变在本质上比核裂变更安全，但也并非完全没有风险。 核聚变过程中释放的高能中子会降低反应堆材料的性能，因此维护工作一直是个问题。 随着时间的推移，中子将有效地辐照反应堆和周围的材料。 氚燃料具有轻微放射性，需要小心处理以防止泄漏。

ARC 设施将占弗吉尼亚州切斯特菲尔德县 100 英亩土地中的 25 英亩。

另一个最近才被"攻克"的挑战是等离子体控制。 2024 年 2 月，韩国超导托卡马克先进研究（KSTAR）成功实现了长达 48 秒的等离子体连续燃烧，这是迄今为止最长的一次。 太阳依靠强大的引力压力来维持等离子体，而聚变反应堆则不同，它利用磁场或激光来稳定反应。 中心的 SPARC 托卡马克设计使用磁铁。 过程中的任何中断，如断电或机械故障，都会导致等离子体在几毫秒内瞬间冷却，从而导致反应停止。

聚变发电是一种近乎完美的能源解决方案。 它资源丰富、清洁且可持续。 一克燃料所产生的能量相当于 10 吨（9 吨）煤炭，理论上可以为一个美国家庭提供 850 年的电力，同时产生的放射性废料比依靠核裂变的发电厂产生的放射性废料的风险要低得多。

弗吉尼亚州的 ARC 反应堆项目可以为更美好的未来铺平道路。 虽然仍有一些挑战需要克服，但如果 CFS 能够兑现承诺，无限的清洁能源将走出科幻小说，走进现实。