一个更好的例子来自 Nicholas Rubin 和 Ryan Babbush 撰写的《为未来纠错量子计算机上的物理模拟开发工业用例》,Quantum AI,2023 年 10 月,其中诚实地描述了解决各种物理模拟问题的各种 FTQC 用例。结果令人震惊。Nicholas C. Rubin、Ryan Babbush 等人撰写的《使用 Bloch 轨道的材料容错量子模拟》,PRX Quantum,2023 年 2 月至 10 月(52 页)提供了资源和时间估计,以数十万个逻辑量子比特和数千年为单位。Nicholas C. Rubin 等人撰写的《惯性聚变靶设计阻止本领的量子计算》,2023 年 8 月(37 页)列出了模拟各种设置(如质子和氘在核聚变中的相互作用)需要 5,650 到 33,038 个逻辑量子比特
多个方面正在加速取得重大突破 在我们的 2021 年报告中,我们强调了欧洲深度科技的巨大潜力。事实上,欧洲深度科技度过了最好的一年,获得了超过 220 亿美元的融资,并以 10 亿美元的价格退出。从那时起,我们还看到量子计算(第一个 100+ 量子比特处理器和硅基设备中近乎无误差的量子计算得到验证)、核聚变(产生的能量几乎是记录的三倍)、空间技术(Starlink 为乌克兰提供互联网覆盖、詹姆斯韦伯太空望远镜、新的登月任务)、生成性人工智能(Dall-E 转向商业用途、稳定扩散文本到图像生成性人工智能发布、ChatGPT 在 5 天内覆盖 100 万用户)等关键领域取得了巨大突破等等。
多个方面正在加速取得重大突破 在我们的 2021 年报告中,我们强调了欧洲深度科技的巨大潜力。事实上,欧洲深度科技度过了最好的一年,获得了超过 220 亿美元的融资,并获得了数十亿美元的退出。从那时起,我们还看到量子计算(第一个 100+ 量子比特处理器和硅基设备中近乎无误差的量子计算得到验证)、核聚变(产生的能量几乎是记录的三倍)、空间技术(Starlink 为乌克兰提供互联网覆盖、詹姆斯韦伯太空望远镜、新的登月任务)、生成性人工智能(Dall-E 转向商业用途、稳定扩散文本到图像生成性人工智能发布、ChatGPT 在 5 天内覆盖 100 万用户)等关键领域取得了巨大突破等等。
1 引言 1.1 仪器技术综述 2 金属 2.1 黑色金属 2.2 有色金属 2.2.1 铜和铜基合金 2.2.2 铝和铝合金 2.2.2 镍和镍基合金 2.2.4 其他有色金属 3 有机化学品和材料 3.1 有机化学品 3.1.1 药品和化妆品样品 3.1.2 药品材料分析 3.1.3 化妆品和个人护理产品 3.2 燃料和润滑剂 3.2.1 石油产品 – 汽油、柴油、醇汽油和废气颗粒物 3.2.2 煤、泥炭和其他固体燃料 3.2.3 油类 – 原油、润滑剂 3.2.4 替代燃料 3.3 聚合物和复合材料 3.3.1 综述 3.3.2 微粒和纳米颗粒分析 3.3.3聚合物回收利用 3.3.4 聚合物分析的其他应用 4 无机化学品和材料 4.1 催化剂 4.2 建筑材料 4.3 肥料 4.4 其他无机材料 4.5 陶瓷和耐火材料 4.6 玻璃 4.7 核材料 4.7.1 核聚变
自 2014 年以来,先进能源转换 (AEC) 项目研究了在晶格中紧密吸收大量氘燃料的材料中的新型核反应。这些实验最终导致了轫致辐射活动,该活动反复在氘化金属中诱发核反应。根据项目期间开发的理论,金属晶格的负电子屏蔽带正电的氘核,以克服静电屏障,实现由光中子引发的核聚变。这一发现为科学界引发聚变反应开辟了一条新道路,并可能为 NASA 带来深空能源。著名期刊《物理评论 C》(PRC) 在其 2020 年 4 月刊上发表了实验观察结果和基础理论。后续虚拟研讨会于 2020 年 5 月 21 日举行,使用 Webex 平台展示期刊论文,并让 NASA 专家小组评估研究及其应用。
我们正通过复兴核电来扭转前几届政府的忽视和短视行为。本届政府确保英国在核创新方面处于全球领导地位。已经宣布拨款 7 亿英镑帮助英国成为核聚变的全球中心,核聚变与太阳的燃料反应相同。我最近宣布了六家入围建造首批小型模块化反应堆的公司,这些反应堆可能会改变核电站的建设方式,并在英国带来数十亿英镑的投资。我们将继续支持欣克利角 C 核电站的现有场址,该场址将以可承受的成本提供可靠的能源,为近 600 万户家庭供电约 60 年。8 月,我们宣布向 Sizewell C 核电站投资 3.41 亿英镑,以政府现有的 8.7 亿英镑股份为基础,帮助确保我们确保这个国家核工业的未来。
获得核工程硕士学位后,您将能够在众多高科技领域工作,包括研究机构、工业、公共控制机构、医院中心,获得设计和管理核系统、复杂和创新流程和服务的能力,以及设计和开展高度复杂的实验的能力,解决需要跨学科方法的工程问题,并具备将核系统应用于能源生产或非能源用途辐射方面的特定技能。您不仅可以进入核领域的工作世界(生产电核能的公司、核电站退役和放射性废物处理的公司、医疗发电机设计公司、核聚变和高能物理研究所和中心),还可以进入不同领域,如能源或医疗工业领域的工程和咨询公司、医院中心、安全分析和环境影响公司、欧洲共同体官员、研究中心和大学。在日益全球化的市场中,外国公司和实体的就业机会每年都在增加,我们的许多毕业生都经历过这种情况。
反应中,必须在中子失活而无法激活原子核或离开反应堆之前将其用于裂变。能够维持链式反应的反应堆被称为具有临界质量。裂变过程中瞬发中子发射的能量约为 2 MeV。238 U 和 235 U 的裂变对中子能量的依赖性表明,235 U 对热中子(20 meV)的截面比 238 U 在 2 MeV 时的截面大三个数量级(238 U 裂变的阈值中子能量为 1.8 MeV)。因此,显然最好的选择是减慢中子的速度。尽管 235 U 约占总 U 同位素混合物的 5%。为了获得临界质量,有必要尽可能快地将它们减速到热能,此时裂变的截面大得多,而其他材料的活化截面较小。热化是通过与较小且不可活化的原子核(如氢或氘(在水中)或碳(石墨))的弹性碰撞完成的。快中子也可用于链式反应堆,但它们在将轻原子核嬗变为放射性原子核以及从重原子核产生可裂变材料方面更具反应性,例如通过中子俘获和随后的两次β衰变将铀 238 转化为钚 239。而快中子反应堆更为复杂。因此,几乎所有现有的商用核电站都使用热中子运行。在这里,有必要与聚变进行快速比较,在聚变中,氘核和氚核聚变形成氦原子和自由中子。释放的能量为 17.6 MeV,大部分是 14.2 兆瓦的超快中子。每输出 1 千瓦热量,就会产生更多、能量更高的中子,这将导致反应堆结构更大规模的激活。辐射对核电站结构的损害是一些裂变电站的寿命可以延长至一个世纪的原因,同时可以预见到更快的周转速度。然后,需要考虑转换成电能的效率。作为比较,第三代反应堆的转换效率约为 30%,而第四代高温反应堆使用联合循环可以达到 60%。在核聚变中,产生的电能中很大一部分必须用于简单地操作磁铁;即使热量可以以 60% 的效率转化为电能,总效率预计也只有 10-30%。由于这些原因,即使产生的能量超过了维持磁铁运转所需能量,聚变发电厂也需要几十年的时间才能实现经济可行性。
惯性静电约束 (IEC) 利用强电场来产生和约束等离子体。它已广泛用于进行核聚变反应,并在商业上用作活化分析的中子源。本研究调查了 IEC 推进器的两种不同放电模式,即“喷射”模式和“喷雾”模式。本文比较了 IEC 系统在各种初步设计方案下的放电特性,例如阴极网格设计和阴极网格尺寸。高分辨率图像用于在多个操作点进行强度分析。基本法拉第探针用于定性记录等离子体电流密度的变化。结果表明,在更负的电位下偏置阴极会导致网格吸收的电流和可见等离子体的可见强度增加。电流和光强度逐渐增加,直到发生从“喷射”到“喷雾”的模式转变。换句话说,“喷射”模式始终先于“喷雾”模式。此外,背景压力和施加的阴极电位被证明是 IEC 设备的两个主要操作变量。最后,当设备以“喷雾”模式运行时,记录到更高的电流密度,然而,在“喷射”模式下,喷出的等离子体更加准直。
成功应对气候变化需要低碳能源技术 (LCET) 取得重大技术进步。有效分配研发预算以加速技术进步需要更好地了解 LCET 如何依赖科学知识。在本文中,我们首次概述了关键 LCET 知识库的演变,并展示了技术相互依赖性如何随时间变化。我们使用涵盖几乎所有美国专利的数据以及过去两个世纪发表的科学论文来量化 LCET 的历史及其对科学的依赖。我们展示了低碳创新的驱动力如何从水电和风能转变为核裂变,最近又转变为太阳能光伏,然后又回到风能。我们的分析表明:1)低碳能源技术越来越依赖科学;2)太阳能光伏和核聚变严重依赖科学,而水力能源则不然;3)可再生能源和核能技术依赖截然不同的科学;4)近几十年来,可再生能源的科学知识库显著趋同。这些发现表明需要制定针对特定技术的研究政策,尽管针对可再生能源的研究可能会对更广泛的低碳能源技术产生影响。