美国新的核聚变反应堆，成本比燃煤发电还低

他们设计了一个概念性的核聚变反应堆，但是当它变成一个大型发电厂的规模时，它的成本将和一个产生相似电量的燃煤发电厂一样。该研究小组的核聚变反应堆设计和成本分析于去年春天发表，并将于10月17日在俄罗斯圣彼得堡举行的国际原子能机构聚变能源会议上发表。

"到目前为止，这种设计在生产非常经济的核聚变发电方面有很大的潜力."华盛顿大学航空学教授和物理学副教授Thomas Jarboe说。华盛顿大学研究小组设计的dynomak反应堆始于两年前加伯接手的一个班级项目。课程结束时，贾比尔和他的博士生德里克·萨瑟兰继续发展和修改这个概念，他之前在麻省理工学院研究过反应堆设计。

这种设计基于现有技术，并且在封闭空间中产生磁场，以确保等离子体停留足够长的时间来引发核聚变的产生，导致热等离子体反应并燃烧。反应堆本身主要是自我维持的，这意味着它可以持续加热等离子体以维持热核状态。反应堆产生的热量将加热用于旋转涡轮机和发电的冷却剂，这类似于典型的原子动力反应堆的工作原理。

有几种方法可以产生磁场，这对维持核聚变反应的进行至关重要。华盛顿大学的反应堆设计被称为球形马克·斯球形马克(一种自组织环形等离子体形式)，这意味着它可以通过向等离子体中驱动电流来产生大部分磁场。这大大减少了所需材料的数量，使研究人员能够缩小反应器的整体尺寸。

其他设计，如国际热核聚变实验堆(ITER)，一个目前正在法国建造的实验性核聚变反应堆，比华盛顿大学的设计要大得多，因为它依靠围绕在设备外部的超导线圈来提供类似的磁场。与法国的核聚变反应堆概念相比，华盛顿大学的设计成本要低得多——约为ITER的1/10——但同时产生的能量是前者的5倍。

华盛顿大学的研究人员计算了用他们的设计建造的核聚变反应堆发电厂的成本，并将其与燃煤发电厂的成本进行了比较。他们使用了一种叫做隔夜资本成本的方法，包括所有成本，尤其是初始基础设施成本。分析表明，一座核聚变发电厂需要27亿美元才能产生10亿瓦的电力，而一座燃煤发电厂需要28亿美元才能产生同样数量的电力。

“如果我们投资这种类型的核聚变，我们肯定能获得回报，因为这个商业反应堆看起来已经非常经济，这真的很令人兴奋。”现在，华盛顿大学研究小组的概念仅仅是实际产品尺寸和能量输出的1/10，所以仍有许多年的工作要做。目前，研究人员已经测试了原型有效维持等离子体的能力。随着他们不断开发和扩大设备的规模，他们可以升级到更高温度的等离子体，并获得更大的核聚变能量输出。

该研究小组已经申请了华盛顿大学商业化中心的反应堆设计概念的专利。他们计划继续开发和扩展原型。研究小组的其他成员包括物理学的凯尔·摩根；航空航天科学的埃里克·拉文、迈克尔·休斯、乔治·马克林、克里斯·汉森、布赖恩·维克托、迈克尔·普法夫和艾伦·霍斯萨克；电子工程系的布莱恩·尼尔森，前华盛顿大学的俞上川和菲利普·安德里斯特。这项研究由美国能源部资助。