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谷歌参与合作的核聚变项目取得进展

北极星电力网新闻中心  来源:核能研究展望NPRV    2017/8/10 15:16:24  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 核聚变 清洁能源 反应堆

北极星核电网讯:【导言】核聚变公司(TriAlphaEnergy)与谷歌公司在加利福尼亚的核聚变项目上展开合作,最近发布了他们的一个主要研究成果,即将能量损失降低了50%,这使得我们离利用聚变能这一无限清洁能源又近了一步。

谷歌研究者将能量损失降低了50%,这使得我们离无限清洁能源的未来更近了一步。

核聚变过程——太阳上发生的由氢原子生成氦原子的核反应已达数十亿年之久,而这可能是清洁能源彩虹尽头的“一罐金子”。如果我们设计一个可控的反应球,即核聚变反应堆则可以为这个星球提供几乎无限的清洁能源。然而,这项技术似乎永远停留在拐角处。

谷歌和核聚变公司三阿尔法能源(TriAlphaEnergy)这两家运营加利福尼亚州的聚变堆项目的公司使得我们离“拐角处”更近了一步。这两家公司于2014年开始合作,最近刚刚发布了他们第一个主要研究成果,谷歌和三阿尔法能源开发了一个新工艺以便从大量的数据中筛选出有关聚变堆等离子体行为的数据。该过程需要那些将个人偏好添加到先进的谷歌机器学习算法的人员参与,而且到目前为止,系统已经成功的实现了将能量损失减少50%,研究结果最近发表在《科学报告》期刊上。

大型等离子体发生器中的工作人员

三阿尔法的等离子体发生器使用磁性约束,这意味着它们使用磁场来捕获要发生核聚变的等离子体,但它与其他的磁性约束反应器(如托卡马克反应堆)相比有所不同。三阿尔法反应器使用所谓的场反转装置,利用等离子体本身的涡流来实现磁场反转,而不是依赖设备的外部磁性线圈来实现反转,这样的结果是自稳定的旋转圆柱体依靠磁性来维持在适当的位置,其结构类似于烟环。场反转技术的优点是随着等离子体的能量越来越高,作为响应的磁性约束也变得越来越稳定。

通过在反应堆中加入质子、电子和硼燃料来维持场反转装置的运行是一件非常复杂的事情。过程中涉及的变量几乎是个未知数,这也是为何三阿尔法能源首先向谷歌寻求计算协助的主要原因。但是,即便是谷歌著名的超级计算机也无法解决这个计算问题。

谷歌前沿科学团队的TedBaltz表示:“现实情况还要复杂的多,等离子温度是电子温度的三倍之多,所以等离子体远未达到热平衡。而且,流体近似算法是完全无效的,所以必须要对至少万亿+个个体颗粒进行追踪,所以整个事情已经超出了我们谷歌现有规模的计算机资源所能解决的问题的范围。”

三阿尔法能源的等离子发生器图示

解决方案是将人为进行一些减法并将其返回到问题中去,团队将这称之为“验光师算法”。要解决的变量数太多,所以等离子体技术人员需要告知计算机需要查找哪些具体参数和行为。若是粒子以特定的方式起作用,或者磁场范围太大失去约束能力,这样则可以对计算机进行编程,从而对数据进行筛选并查找相关的原因。

“我们将这个问题解决了,并且发现了一个等离子物理学家认为非常有趣的等离子体行为,而我们解决这一问题时并不需要将机器打开,”Baltz说“这是一个人类与计算机合作比人类单独或者计算机单独工作更为有效的经典例子。”

三阿尔法能源的等离子体发生器

为了进一步研究核聚变行为,三阿尔法能源建造了一个新的、规模更大的等离子体发生器。该机器命名为“Norman”,主要是为了纪念三阿尔法能源的联合创始人诺曼˙罗斯托克(NormanRostoker),该设备使用高能中性粒子束加热等离子体,这一过程称之为“中性束注入”,并使用等离子体场反转装置进行约束。

将能量损失减少50%是很大的进步,改进的磁系统可以产生更多的等离子体能量。现在我们可以在实验室中捕获等离子体并引发核聚变反应,但是反应需要的能量要大于所释放的能量。随着谷歌和三阿尔法能源的“验光师算法”等数据筛选效率方面的进步,实际上在未来几年中我们可以看到可为外界供给能量的核聚变反应堆的建成。

基础设施的昂贵程度以及核聚变是否会带来一个无限清洁能源的未来,还有待观察。

原标题:【前沿•核聚变】谷歌参与合作的核聚变项目取得进展

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