中国可控核聚变用什么燃料


 发布时间:2020-09-24 10:08:31

另外,中国工程物理研究院研制的Z箍缩驱动聚变技术也属于惯性约束,它是利用脉冲功率技术,创造大电流从金属套筒(后变为等离子体)流过的条件,产生超强电磁内爆,使等离子体套筒获得足够的内爆动能,然后与聚变靶丸相互作用,把动能变为辐射能,近似球对称低压缩热核燃料,最终实现大规模的热核聚变

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。

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。

然而它却一再陷入延误和成本超支的泥潭。现在看起来,它的成本要超过500亿美元,是最初估计的10倍——而且在2027年之前,还无法开始它的首次加燃料实验,比原定计划落后了11年。三阿尔法公司的计划听起来相当吸引人,尤其在当前时期。ITER消耗了美国核聚变能源预算的最大份额,其备选方案逐渐得不到政府支持,人们对托克马克技术也越来越失去耐心——这些都刺激了三阿尔法团队及美国、加拿大其他物理学家,转而寻求不同的解决方案。

此后不久,中科院等离子体物理研究所成立,并于1995年建成HT—7托卡马克装置。这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子体放电的托卡马克装置。据悉,中国已先后建成并升级改造了中国环流器二号A和“东方超环”(EAST),用于研究等离子体的稳态和先进运行,探索实现聚变能源的工程、物理问题。前者是我国首个带偏滤器的大型托卡马克聚变研究装置,后者是世界首台全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置。EAST的建成使我国成为世界上少数几个拥有该类型超导托卡马克装置的国家。

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。

马里兰州盖瑟斯堡聚变发电联合会(Fusion Power Associates)会长斯蒂芬·迪恩说,其他任何新型聚变能源公司也都要面对类似问题,“我认为还没到已经万事俱备,很快就能看到聚变反应演示的阶段。”这些新型聚变公司能否保持势头证明创始人的英明决策?或是也像以往那些科学家一样,不过是一些的疯狂梦想?仿造太阳从理论上说,建造一个聚变反应堆就是要仿造一个太阳。用合适的氢同位素或其他轻元素,加热把电子从原子核附近剥离,成为一种等离子体,然后挤压这些等离子体,让它们的原子核融合在一起,使一部分质量变成能量。

三、聚裂变混合堆目前的聚变技术,包括进展得比较快的托卡马克,为了获得有益的能量输出,要求聚变产生的能量远大于为创造实现聚变的条件而消耗的能量,距离商业应用还有相当一段距离。而聚变裂变混合堆只要求聚变产生的能量与消耗的能量差不多相等就可以了,因而它对聚变的要求比纯聚变堆低些,是实现聚变能商业应用的捷径。所谓聚变裂变混合堆就是利用聚变反应产生的中子,在聚变反应室外的铀-238、钍-232包层中,生产钚-239或铀-233等核燃料,同时释放出裂变能。

事实上,人类已经实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸,但要想有效利用核聚变释放的能量,必须合理地控制核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出。为了能够早日实现聚变能的可控释放,科学家进行了很多尝试。一、磁约束型核聚变磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径,在受控核聚变的探索方面,已提出了许多种磁约束途径,其中环形磁约束装置(托卡马克)是目前各个实验方案中最成功的方法。托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈,在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。

光柱 高震 总科

上一篇: 天能能源开发有限公司招聘信息

下一篇: 地震可撕裂海底储层释放甲烷 造成温室气体排放



发表评论:
相关阅读
热点话题
网站首页 |网站地图 |互联网违法和不良信息举报中心

Copyright © 2012-2020 程门能源网 版权所有 0.26089