美國科羅拉多礦業學院的一個團隊正在致力于制造用于核聚變發電廠的氫膜。

該項目由美國能源部能源高級研究計劃局(ARPA-E)資助， 可以在使聚變成為未來清潔能源的現實來源方面發揮關鍵作用。

聚變是一種核反應，它將兩個原子結合起來，產生一個或多個總質量稍小的新原子。質量差以能量的形式釋放，正如愛因斯坦著名的方程 E = mc² 所描述的那樣，其中能量等于質量乘以光速的平方。由于光速巨大，只需將少量質量轉化為能量(就像聚變中發生的情況一樣)就會產生同樣巨大的能量。

在太陽中，四個氫原子融合在一起形成氦，伴隨著產生這種能量的非常小的質量損失。在地球上，這個過程是使用氫同位素氘和氚在磁約束等離子體中重現的。

在等離子體反應堆中，這些同位素中只有一小部分轉化為氦氣，因此有效地將未反應的同位素與氦氣分離并將其回收回聚變反應堆至關重要。

由化學和生物工程教授 Colin Wolden 領導的礦業團隊正在為此目的開發復合膜。

膜通常用于純化燃料電池或化學加工工業中的氫氣，但該大學的研究人員表示，他們正在制造的膜是專門為在聚變發電廠的環境中運行而設計的。

該大學表示，復合膜基于釩或鐵等低成本金屬箔，其表面必須經過修飾，以促進氫的傳輸，同時承受等離子體輻射和高溫熔鹽的影響。

礦業學院的研究人員正在使用半導體行業的工具，例如反應濺射和原子層沉積，來修改并實現這種性能的環境。

沃爾登表示，制造成功的膜可以實現成本更低、更安全的聚變能源系統，并可能有助于使聚變發電廠成為現實。

“聚變有潛力成為一種無限的無碳能源，”沃爾登說。“這可能是長期解決方案。”

核聚變是為太陽和恒星提供動力的能源，核聚變的支持者希望有一天它也能產生幾乎無限的無碳能源，幫助加速地球擺脫化石燃料。

商業核聚變能源預計需要幾十年的時間才能在經濟上變得可行。

加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員于 2022 年 12 月取得了突破，在核聚變反應中產生的能量比用于點燃它的能量還要多，這是一項長期追求的成就，稱為凈能量增益。

這次極其短暫的聚變反應于 2022 年 12 月 5 日實現，使用了 192 束激光，測量的溫度比太陽中心高數倍。