当前的核电站都是利用核聚变来获取核能的


 发布时间:2020-09-23 19:52:25

ITER本身将不能被用来发电,发电重任将交给聚变示范电站。但迄今为止尚没有一座反应堆能够产生净能量增益(即产出能量大于输入能量),科学家期望ITER能够突破上述障碍。《科学》杂志网站曾报道,欧盟负责聚变研发工作的机构——欧洲聚变发展协会(EFDA)发布了欧盟聚变示范电站(DEMO

此外,在此基础上,解决维持运转所耗费的能量大于输出能量的问题。研究可受控聚变,是人类漫长的“夸父逐日”。据了解,截至目前托卡马克装置都是脉冲式的,等离子体约束时间很短,大多以毫秒计算,个别可达到分钟级。因此,还没有一台托卡马克装置能够实现长时间的稳态运行。包括中国、美国、法国等国家在内的科学家尽管都在聚变研究上取得了一些突破,但越来越多的研究者们意识到,仅靠一国之力,很难完成受控聚变实验堆的任务,ITER计划由此而生。

HT-7的成功研制,使中国成为继俄、法、日之后第4个拥有超导托卡马克装置的国家。10多年来,HT-7共进行了近20轮放电实验,总放电次数为118000次,取得了一系列创新性实验成果和工程经验:2003年度获得超过一分钟的等离子体放电,入选当年中国十大科技进展;2005年成功实现了306秒的稳态等离子体放电,成为当时世界上第二个可进行高参数稳态条件下等离子体物理研究的公共实验平台。2008年3月,HT-7连续重复实现了长达400秒的等离子体放电,电子温度1200万度,创造了当时国际同类装置中时间最长的高温等离子体放电新纪录。

新设计中的磁场名为“球型马克(spheromak)”,其大部分磁场通过驱动电流形成等离子体本身而形成,这就减少了所需物质的数量且使研究人员能压缩反应堆的大小。其他核反应堆设计,例如目前正在法国进行的“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”项目更大,因为ITER依靠环绕设备外部旋转的超导线圈来提供同样的磁场。相比较而言,新设计的核反应堆成本仅为ITER的十分之一,但产能为其5倍。亚伯研究表明,依靠他们的设计建造的核聚变反应堆生产10亿瓦电力的成本为27亿美元;而煤电厂生产同样电力的成本为28亿美元。新设计似乎比煤发电更经济可行。目前,“dynomak”核反应堆模型的大小和电力产出仅为最终大小和产出的十分之一,还有很大的改进空间。研究人员对模型进行的测试表明,其能成功地维持等离子体的运行,且随着研究的进一步发展以及设备的扩张,他们能升级到更高温度的等离子体并得到更大的聚变能产出。该研究团队已经对核反应堆的概念申请了专利并计划继续对模型进行研究和升级。美国能源部对最新研究提供了资助。(刘霞)。

中新社合肥5月28日电 题:合肥“科学岛”上的现代版的夸父追日作者 孙策 吴兰在安徽合肥,有个科学岛,岛上的“人造小太阳”是世界核聚变界关注的焦点之地。太阳之所以能够源源不断地释放光和热,是因为其内部一直在发生着核聚变反应。全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),正是模仿太阳的反应原理,被形象化的比喻为“人造小太阳”。当前,核聚变能源因安全性高、无污染成为许多国家大力发展的研究。制造“人造小太阳”前景美好,但条件苛刻。

科学家将这一形如面包圈的环形容器命名为“托卡马克”。托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写,又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“磁笼”,像一个中空的面包圈,可用来约束电离了的等离子体。“等离子体就被约束在这个‘磁笼’中,像一个中空的面包圈。通过一种特殊的装置,目前已经可以把氘氚的聚变燃料加热到四五亿摄氏度,然后在高温下发生大量的聚变反应。磁约束核聚变又称为托卡马克方法。”罗德隆说。罗德隆说,几十年来科学家一直在研究和改进磁场的形态和性质,从而能够实现长时间的等离子体的稳定约束,并解决等离子体的加热方法和手段,达到聚变所要求的温度。

专家认为,如果在民用上能实现可控,将彻底改写人类的能源版图。不过,核聚变反应原理看上去虽然非常清晰,但要实现受控热核聚变反应却非常困难。罗德隆说,实现受控热核聚变反应至少要满足两个苛刻条件。第一,极高的温度。氘核与氚核间发生聚变反应时,温度须达到5000万摄氏度以上。这种在极高温度下才能发生的聚变核反应也称热核反应。在如此高温下,物质已全部电离,形成高温等离子体。第二,充分的约束。即将高温等离子体维持相对足够长的时间,以便充分地发生聚变反应,释放出足够多的能量。

1954年,第一个托克马克装置在原苏联库尔恰托夫原子能研究所建成。1985年,在美国和前苏联倡议及国际原子能机构(IAEA)主持下,开始进行国际热核实验堆(ITER)这一重大国际科技合作项目,即是一个基于托克马克方案的项目,主要目的是实现氘-氚燃料点火并持续燃烧,最终实现核聚变发电。预计2010年建成,未来发展计划包括一座原型聚变堆,一座示范核聚变堆,到2050年以后有望开发商用核聚变堆。ITER项目依托的托克马克装置由法国卡德拉克(Cadarache)公司制造,人们期望它成为第一个能从等离子燃料的可持续燃烧中产生增益能量的聚变反应堆。

核聚变能是两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核时释放的能量,聚变的主要燃料是氢的同位素——氘和氚。太阳发光发热的原理正是核聚变反应。中国国际核聚变能源计划执行中心主任罗德隆说,太阳的中心温度极高,气压达到3000多亿个大气压,在这样的高温高压条件下,氢原子的两个“同胞兄弟”——氘和氚聚变成氦原子核,并放出大量能量。“太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置,几十亿年向外辐射能量。”不过,由于聚变能量实在太大,人类要加以利用,就必须对它进行控制,这也是科学家一直努力的目标。

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