核电站中发生的是氢核聚变反应


 发布时间:2020-09-22 03:36:17

据英国每日邮报报道,3月5日,英国13岁学生爱德华兹在兰开夏郡中学实验室创建核聚变反应堆,成为世界上最年轻的“核实验专家”。当13岁的杰米·爱德华兹告诉校长计划在学校建造一个核反应堆时,校长提出一个疑问:“这项实验是否会引爆学校?”他的核聚变反应实验计划受益于14岁美国学生泰勒·

据美国每日科学网近日报道,美国工程师设计出一种新型核聚变反应堆模型,当将其升级到一座大型发电厂大小时,成本比能提供同样电力产出的燃煤发电厂还低。核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题,且其原料可直接取自海水中的氘,来源几乎取之不尽,是理想的能源方式,但核聚变能目前的设计成本很高,与使用煤和天然气等化石燃料的系统相比不具成本优势,不过,最新研究的主要负责人、华盛顿大学航空航天学教授托马斯·亚伯表示:“我们最新设计出的核反应堆有望产生经济可行的核聚变能。

①②③④美国的三阿尔法能源(Tri Alpha Energy)公司是世界上最神秘的核聚变能源公司之一。它位于加利福尼亚欧文东部,去那里须绕过位于郊区圣塔安那山脚的办公区到达郊外,才能来到它没有任何标记的公司总部。这家公司不对外开放的,任何没有签署保密协定的外人都不得入内。三阿尔法公司严格保护着它的商业机密,它甚至没有自己的网站。但漏出来的零星信息也很明显,目前这座大楼里正进行着一些美国最大的核聚变实验。它也是非传统的,这里的聚变实验装置不是环形的“托克马克”(Tokamak )反应堆。

目前,英国卡拉姆的欧洲联合环形加速器(JET)以及正在法国建设的测试反应堆的国际热核聚变实验堆(ITER)计划使用的都是磁约束核聚变装置。磁约束核聚变使用强大的电脉冲轰炸重氢来产生等离子体。在聚变发生前,科学家们需要施加一个强大的磁场,将等离子体牢牢限制住。然而,做到这一点很困难,因为等离子体很快会发生泄露或变得不稳定。现在,科学家们计划利用激光核聚变产生电力。与磁约束核聚变相比,激光核聚变产生的温度更高、压力更大,因此,核聚变发生得更快,只需要将等离子体限制几十亿分之一秒即可。

有没有什么方法,在把气体加热成高温等离子体时又不让其逃逸或飞散呢?罗德隆说,目前主流可控核聚变方式主要有磁约束核聚变、激光约束(惯性约束)核聚变、超声波核聚变。其中,磁约束是利用强磁场约束带电粒子,构造反应腔,建成聚变反应堆,将聚变材料加热至数亿摄氏度高温,实现聚变反应。“目前,磁约束核聚变在实验室条件下已接近于成功,成为国际上主流的研究方向。”磁约束的概念由苏联科学家在50年代初提出,并于1954年建成了第一个磁约束装置。

据介绍,中国各相关部门对HT-7退役非常重视。中科院等离子体研究所委托原子能科学研究院编制了《HT-7超导托卡马克装置退役项目环境影响评价报告表》。2012年12月,HT-7退役实施方案通过专家组论证。等离子体研究所还委托安徽省辐射环境监督站对退役场所及周围环境进行了验收监测。环境监测数据显示,该退役场所没有造成放射性污染,达到无限制开放要求。等离子体所党委书记张晓东介绍说,退役后,HT-7主机移至展厅安置,部分组件搬迁重新安装,继续为EAST服务。(记者蔡敏)。

我国先后建成并升级改造了中国环流器二号A和东方超环EAST,深入探索实现聚变能源的工程、物理问题。中国环流器二号A是我国第一个带偏滤器的大型托卡马克聚变研究装置。该装置2009年在国内首次实现了高约束模式运行。东方超环是世界上第一个“全超导非圆截面托卡马克装置”。2017年7月3日,EAST首次实现5000万度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行,创造世界纪录。华中科大和中科大两所高校也建设了自己的实验装置。

HT-7是中国磁约束核聚变研究走向世界前沿的见证。稳态运行的核聚变反应堆产生能量的方式和太阳产生能量的方式相同,都是由原子核聚变放出巨大能量,因此它也被俗称为“人造太阳”。20世纪80年代中期,美国、苏联等国发起了国际热核实验反应堆ITER计划,旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆。中国于2003年加入该计划,中科院等离子体研究所是国内主要承担单位。在HT-7的研究基础上,中科院等离子体研究所还研制成世界新一代的全超导托卡马克EAST,并于2006年首次成功进行了放电实验。

制造一个装置,通过受控热核聚变反应获得无穷尽的新能源。这就相当于人类为自己制造一个或数个小太阳,源源不断从核聚变中得到能量。1939年,美国物理学家贝特证实,一个氘原子核和一个氚原子核碰撞,结合成一个氦原子核,并释放出一个中子和17.6兆电子伏特的能量。这个发现,揭示了太阳燃烧的奥秘。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的“超导托卡马克”。作为聚变能实验堆,ITER计划把上亿摄氏度、由氘氚组成的高温等离子体约束在体积达837立方米的磁场中,产生50万千瓦的聚变功率,持续时间达500秒。

这种装置极为复杂。它的环形容器缠绕着多套电磁线圈,以形成磁场来限制等离子体。还有更多线圈通过中心的洞以驱动通过等离子体的强大电流。还有它的燃料是氢同位素氘(D)和氚(T)的组合(D-T)。科学家们普遍认为,对原子能反应堆来说,D-T是唯一明智的选择,因为与其他组合燃料相比,它的燃点较低,只需大约1亿开氏度,而且能释放更多能量。但反应释放的能量80%都是超快中子的形式,这会对容器壁造成巨大破坏,产生高放射性。如果要发电,必须用中子的能量来加热传统蒸汽轮机中的水,这一过程的效率只有30%到40%。成本高、复杂、进展缓慢,这些问题也是惯性约束聚变所要面对的。惯性约束聚变是替代托克马克磁约束聚变的最主要方法,也获得了许多政府资助。这种方法是用高能激光束点燃冷冻的燃料丸,实现向心聚爆。惯性约束聚变的方案也已开展了几十年,如位于加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置,目前同样在为实现聚变发电的承诺而努力。

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