核电站的核反应堆中发生的是核聚变吗


 发布时间:2020-09-19 13:10:21

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“I

原标题:美国的“人造太阳”正在地平线升起美国国家点火装置的前置放大器。据物理学家组织网9月25日(北京时间)消息,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室报告称,世界最大激光器、被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF)正距离其目标越来越近,显示了一个可持续核聚变反应装置正在由梦想逐步成为现实。不过在设施达到高度稳定前,目前仍有一个显著障碍有待克服。相关论文发表在《等离子体物理学》杂志上。备受全球关注的NIF于2009年5月在加州落成,融合了美国多家实验室的心血,迄今仍无人能挑战其世界上最大的激光聚变机器的身份。

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。

但在实践中,试图模仿一颗恒星会导致可怕的工程问题:困在磁场中的极热等离子常常会扭曲,就像一条被激怒的蛇,不顾一切地要逃出来。长期以来,聚变研究人员更喜欢托克马克装置,认为它是控制等离子体“怪兽”的最佳手段。与以前的其他装置相比,这种反应堆实现的等离子体密度、温度和禁闭时间要高得多。物理学家也对原来设计进一步精简,并改进了托克马克控制高能等离子体的方式。但从一开始,许多物理学家就想知道托克马克装置能否扩大规模,以商业化模式发电供电。

“这就像一个乐高玩具,如果有一块积木少了,整个项目就要就要受阻”。除美国之外的ITER的6个参与方现已同意在2018年年中之前承诺支持最新预算。比戈说:“但美国一直没有这么做,他们还需要更多的讨论,所以我来到华盛顿,准备会见一些高层官员,向他们解释50%进度完成的意义,争取获得一些支持,让美国能按时提供他们负责建造的组件。”比戈承认:“如果美国没有按时提供资金……这会破坏整个项目,我们将无法在2025年完成建设任务。”他希望美国政府把ITER项目放在高优先级位置。

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。惯性约束的好处在于设备可以做小,而且开、关火控制性能也比较好,适合在未来用于飞行器等领域,但其缺点是需要消耗大量能源产生激光用来点火,而且燃料靶丸制造成本也很高。

十年来,ITER组织中方职员数量持续上升,目前有74人,占比为9.4%,为欧盟外的六方之首。截至2016年底,超过3400名科学家和2700名研究生参与了ITER计划的相关研究。期间,ITER组织的中方机构从一张白纸起步,建立了符合国际大科学工程规律的管理机制,为我国聚变领域科技在国际上由跟跑者向领跑者奋进保驾护航。罗德隆说,实践证明,在ITER计划七方中,中方采购包制造任务执行情况一直保持良好,项目控制到位、质量管理过硬、资源配置合理。

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。

核能也叫原子能,通过核裂变、核聚变和核衰变三种形式释放能量,除了核衰变是自然状态下缓慢发生,裂变和聚变的核反应形式都异常激烈。众所周知,新中国最伟大的科技成就,就是成功试爆了原子弹和氢弹。原子弹应用的就是核裂变原理;比原子弹威力更大的氢弹,则利用核聚变来发挥作用。核聚变比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行氢核聚变过程,它的光和热就是由核聚变产生的。相比核裂变,核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题,而且其原料可直接取自海水,来源几乎取之不尽,是理想的能源方式,也是备受青睐和追捧的重要原因。

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。

李源 雨博 克瑞特

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