未来核聚变核能的应用前景


 发布时间:2020-09-25 15:20:49

核聚变的特点是零碳污染、环境可持续,但释放的能量巨大,菠萝大小的燃料能提供1万吨煤炭提供的能量;聚变燃料可从海水中提取,几乎用之不尽;即便聚变反应受到干扰,反应堆也可安全关闭,由于燃料用量很少,一次只要2到3克,也不用担心发生堆芯融化等事故。比戈介绍说,ITER至2025年阶段的

首先需要将氘氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度,并至少持续1000秒,才能为人类所用。记者近日走进科学岛上的中科院合肥研究院等离子体物理研究所(简称等离子体所),走近“人造小太阳”EAST,探寻演绎数十年的现代版夸父追日的故事。等离子体所成立于1978年,以探索、开发、解决人类无限而清洁的新能源为目的。它是中国最重要的核聚变研究基地之一,是世界实验室在中国设立的核聚变研究中心。在探索新能源过程中,该所先后建造了中小型托卡马克HT-6B和HT-6M以及超导托卡马克HT-7和全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)。

经过8年的刻苦攻关,在2006年完成总装并实现EAST工程调试一次性成功。其大型超导磁体、超高真空等技术填补国内空白。国内外专家称,EAST是世界聚变能开发的杰出成就和重要里程碑。自2006年以来,EAST装置的物理实验屡创佳绩。2012年,EAST物理实验针对未来ITER400秒高参数运行的一些关键科学技术问题,开展全面的实验研究,实现了411秒、中心电子温度大于2000万摄氏度的高温等离子体放电,以一个数量级的提升再创国际最长时间记录。

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。

惯性约束聚变反应过程中的压力相当于1万亿个标准大气压,氘和氚会被压缩到仅有同质量液体体积的千分之一,反应时间最多只有100亿分之一秒。现有实验探测手段很难深入到聚变燃料内部进行测量,只能利用超级计算机模拟,研究其中的物理细节。更高性能的超级计算机的出现,将大大增加理论模拟的能力,加快研究进程,让人们早日实现可受控的人造小太阳。未来挑战利用可控聚变能是解决全球能源和环境问题的一个重要途径,而实现聚变反应堆商业化运行需要3个阶段:建造ITER装置并据此进行科学和工程研究;设计、建造与运行聚变示范电站;建造商业化聚变反应堆。

位于安徽合肥的“人造太阳”装置位于安徽合肥的“人造太阳”装置近日,由中国科学院等离子体物理研究所自主研制的全超导托卡马克实验装置(俗称“人造太阳”)正在接受技术升级。它是目前世界上唯一能达到持续400秒、中心温度大于2000万摄氏度实验环境的全超导托卡马克核聚变实验装置。正在进行的升级计划达到“人造太阳”中心温度1亿摄氏度、延续时长1000秒的科学目标,以解决上亿摄氏度高温等离子体连续运行的世界难题,为中国参与的国际合作项目——国际热核聚变实验堆的400秒长脉冲实验奠定了基础。

20世纪50年代初,苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出磁约束的概念。苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿奇莫维奇按照这样的思路,不断进行研究和改进,于1954年建成了第一个磁约束装置。他将这一形如面包圈的环形容器命名为托卡马克(tokamak)。这是一个由封闭磁场组成的“容器”,像一个中空的面包圈,可用来约束电离了的等离子体。托卡马克中等离子体的束缚是靠纵场(环向场)线圈,产生环向磁场,约束等离子体,极向场控制等离子体的位置和形状,中心螺管也产生垂直场,形成环向高电压,激发等离子体,同时加热等离子体,也起到控制等离子体的作用。

2017年7月,EAST装置在世界上首次实现了5000万摄氏度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行,创造了核聚变的世界纪录。这一里程碑式的突破,表明在稳态运行的物理和工程方面,我国磁约束核聚变研究走在国际前沿。罗德隆说,在大力推进自身托卡马克装置研制和实验的同时,我国也积极参与、推动国际热核聚变实验堆ITER计划。他介绍,ITER的构成相当复杂,需要各项超前技术。我国陆续承担了该计划18个采购包的制造任务,涵盖了ITER装置几乎所有的关键部件,制造任务由几十家科研院所、企业承担。

新华社华盛顿12月6日电 专访:中国是世界最大“人造太阳”项目建设“真正的典范”——访ITER组织总干事比戈新华社记者林小春 郭一娜国际热核聚变实验反应堆计划(ITER)组织总干事贝尔纳·比戈6日宣布,这一世界最大的“人造太阳”项目已完成一半的建设工作。比戈在华盛顿接受新华社记者专访时高度赞扬中国贡献,认为中国起到了“真正的典范”作用。他对美国政府可能不会全部兑现出资承诺表示担忧。ITER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,至今已建设10年,旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程,探索核聚变技术商业化的可行性。

后ITER时代中国怎么干随着我国磁约束聚变领域科学技术水平的快速提升,在参与ITER计划的同时,我国的磁约束聚变研究已瞄向更加长远的未来——中国磁约束聚变实验堆CFETR。科学家们也提出了我国实现核聚变能源商业化的建议路线图。罗德隆介绍,CFETR的概念设计在2015年完成,目前将进入工程设计。这也得到了世界其他国家聚变领域专家的高度关注。万钢表示,我国将继续推动ITER计划的实施,不断提升我国在核聚变能源领域的研发能力和技术水平,争取在较短时间内,加强国际合作,贡献中国智慧,使我国核聚变能源研究创新能力整体进入世界前列。(科技日报北京11月28日电)。

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