几大难题目前还等待去解决:
第一是在如此极端状态下做到聚变反应输出能量远大于输入能量,并能保证稳定地运行。目前所有的装置都在努力达到这一点,但走在最前面的ITER也要到2035年才开始用氘-氚进行聚变反应加以验证,目标达不到和验收推后的可能性还相当大。
装置本身需要巨大的电能来运转,比如要为达到1亿多度的等离子的加温,磁约束的超强磁场的激励电流,超导线圈须维持的超低温,反应器内部的高真空,装置散热循环等等,都会消耗巨大的电能。这些维持运转的能量对提高Q值是非常大的阻碍,即使按ITER争取的目标,也只实现Q=10,而作为最终实现的商用发电装置,目标是Q>=100,难度更是巨大,还不知需要多少年的努力。
第二是在大量高能中子辐射下的壳体选材。因为聚变反应产生的中子能量极高,数量很多,几乎没有什么材料能承受长期的高能中子轰击而不脆化变质。材料的选取和验证最后得靠ITER成功地运行后提供的环境。如果壳体寿命太短,更换处理是个噩梦,没有商用装置会接受每几年就大换核心结构的安排。注意!这些中子辐射后的壳体可是有放射性的,并非过去宣传可控核聚变没有放射性废料产生。 6park.com
第三是氚的来源问题,氚在自然界很少,由于它的半衰期是12.3年,不能长期保存。目前的氚是靠在裂变反应堆中,中子轰击锂来制造,所以价格昂贵:每克30000美金!直接用它来发电是不划算的。现在指望的是在反应堆的内层上加上锂套层,使用热核反应产生的高能中子轰击锂来增殖出氚。可是增殖出的氚可能还不足以提供全部反应所需量,因此氚的来源和价格也是个头疼的问题。
最后一点就是是发电成本如何与传统发电方式竞争的问题,一个装置是如此复杂和昂贵,如何从电费中回收成本可能是永远解决不了的难题!和许多无碳排放的发电方式,比如核裂变,太阳能,水电,风能等等相比,成本占优的那一天也许永远不会到来。