核电主要是核裂变还是核聚变


 发布时间:2020-09-18 21:18:51

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

由于核爆炸释放的能量是瞬间而巨大的,因此如何将核爆炸的能量安全地转化成可以利用的热能和电能,技术难度非常大。在设想的电站当中,核装置在一个巨大的洞室中爆炸,爆炸之前往洞中喷液态金属钠,并使钠在爆炸时刻在爆炸装置的周围形成一定的分布从而大量吸收爆炸的能量,同时还可以有效降低爆炸冲击对爆破洞壁的作用强度。爆炸后,把加热了的钠从洞中抽出,与电站第二回路形成热交换,从而发电。当然,要实现核爆聚变电站,还需要解决很多问题,例如核燃料的生产和回收问题、安全地把核爆炸能转换为热能和电能,同时还要大幅减少工程技术上的难度。除了以上几种利用聚变能的方式,科学家还研究了重力场约束型核聚变、常温核聚变、L子催化核聚变、超声波核聚变以及气泡核聚变等聚变方法,这些都是人们试图实现核聚变受控进行,实现能量持续平稳输出的有力尝试。希望能够通过人们的不断努力,让我们早日用上能量取之不尽用之不竭的人造“小太阳”,从而在享受现代科技带来的舒适便利之时,又采用清洁的能源而不污染环境。作者单位:环境保护部核与辐射安全中心。

正在接受升级的中国“人造太阳”,为新一轮的物理实验作准备,与此同时,日前,超级计算机“π”系统在上海交通大学上线运行,将支持“人造太阳”的惯性约束核聚变项目等高端科研工程。据了解,“π”系统峰值性能达到263万亿次,位列最新全球TOP500榜单第158名,将成为“IFSA惯性约束聚变科学与应用协同创新中心”的超算核心支持平台。上海交大激光等离子体教育部重点实验室特别研究员陈民介绍说,人类对于可受控核聚变的研究离不开超级计算机技术。

这一计划又被称为“人造太阳”,是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,其目标是在和平利用聚变能的基础上,探索聚变在科学和工程技术上的可行性。在核聚变领域,我国与国际上基本同步,某些方面甚至领先2003年2月,我国正式加入ITER计划谈判;2007年,国家批准设立“ITER计划专项”;2008年,我国全面开展ITER计划工作。我国磁约束核聚变研究历史,可追溯至五六十年代。当时,中科院物理所最先建造了一个直线放电装置和两个角向箍缩装置,并于1974年建成了我国第一台托卡马克CT—6。

从设计到建设,整个项目的自研率在90%以上,取得了68项具有自主知识产权的技术和成果。目前,中国在ITER七方采购包进度中已成为第一位。EAST国际顾问委员会不久前在合肥召开第五次会议称,EAST是目前国际上唯一有演示未来ITER将会遇到关键物理和技术问题的装置,毫无疑问这对于ITER及未来的聚变电站都具有重要借鉴意义。例如,EAST在国际上首次采用高温超导电流引线,而中国这一技术成功应用于ITER,可为ITER节省人民币1000万元/年的制冷电耗,并可减少1.5亿元人民币的低温系统建设投资。

中科院等离子体所的EAST采用世界上第一个非圆截面全超导托卡马克,西南物理研究院的中国环流器一号以及国际热核聚变实验堆(ITER)计划也都采用托卡马克的原理实现聚变能的可控释放。磁约束设备比较大,但反应持续性能好,不需要反复点火,适合作为核电站、大型船舶的供电系统,但其缺点在于开关火性能不佳,灵活度不够,而且维持强磁场所需的电能成本也不低。二、惯性约束型核聚变惯性约束中激光约束技术最为成熟,这主要是因为激光技术能产生聚焦良好的能量巨大的脉冲光束,因此我国的神光装置以及美国的国家点火装置都采用这种核聚变约束形式。

中科院院士万元熙说:“中国的超导技术因ITER得到长足发展,如高功率的连续波加热、遥控机器人维护以及材料、大型低温系统、大型电源……这十年来,中国在聚变的各个领域都迅速发展,有些走到了世界前列。”数千名科研工作者参与,人才团队形成品牌ITER十年,也是中国核聚变工程技术人才与团队持续储备的十年。“10年前,四部委开展了人才培养计划,希望用4年时间能够培养1000个工程、物理和管理人才,我们做到了这一点。”中科院院士李建刚说。

”这个名为“dynomak”的核聚变反应堆由亚伯和曾在麻省理工学院研究核反应堆设计的博士生德里克·萨瑟兰合作进行。基于目前的技术,他们在一个密闭空间内制造出了一个磁场,将等离子体“囚禁”在合适的地方,而且时间足够长,让核聚变可以产生,使热的等离子体可以发生反应并燃烧。研究表明,这一反应堆本身就能很好地保持稳定,这意味着,它会持续加热等离子体从而维持热核反应。磁场对于聚变反应堆继续运行必不可少,目前有几种磁场制造方式。

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。

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。

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