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我国核聚变重大突破!“人造太阳”核心部件首获国际认证

2019/10/9 23:01:39

我国核聚变重大突破!“人造太阳”核心部件首获国际认证

聚变核能是一种全新的能源形式,未来它有望彻底解决人类的能源问题。为此,包括中国在内的7国科研人员开启了目前世界上最大的科学合作工程——国际热核聚变实验堆计划。近日,由我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。

国际热核聚变实验堆计划,英文简称ITER,目的就是实现的可以控制的核聚变反应。由于热核聚变实验堆产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似,因此也有了“人造太阳”的美名,而要构建起“人造太阳”的核心,这就需要特殊的材料筑起一道“防火墙”,来抵御装置内部上亿度的高温环境。

中国科学家承担研制的这种材料,处于反应堆最核心位置,直接面对高温聚变物质,因而被成为反应堆的“第一壁”。ITER的设计方案要求,第一壁要承受每平米4.7兆瓦的热量,这几乎可以瞬间将一公斤的钢铁融化。

和普通能源相比,核聚变的优势明显,首先,用于核聚变的材料氘存在于海水中,一升海水中的氘聚变产生的能量相当于燃烧三百升汽油,生成的产物氦也没有放射性。2006年,包括我国在内的7个国家和地区签订协议,国际热核聚变实验堆项目正式启动。专家表示,随着该项目的推进,人类有望在未来50年内,让这种能源进入千家万户。

 

新闻多一点

核聚变:人类未来能源问题的希望

核聚变是核能的一种重要形式之一,有人甚至说,如果掌握了核聚变技术,人类不再需要争夺能源而进行战争,对人类发展起到深远的影响。

核能是通过核反应从原子核释放的能量,目前,我们常见的核电站,利用的就是这样的能量。只不过,目前核电站主要是把比较重的原子分裂成较轻的原子而释放能量,这个反应过程就被成为核裂变。而正处于研究阶段的核聚变,则正好相反。

其实这样的核反应离我们并不遥远,每天照耀地球的太阳,它的光和热就来自于自身内部缓慢持久的核聚变。因此,在人工控制下实现稳定的核聚变的设施,也就自然地被成为“人造太阳”。和普通能源相比,核聚变的优势明显,首先,燃料的来源非常丰富。

能量巨大又安全环保,核聚变一直以来被人们视为解决未来能源问题的希望。早在1952年,人类就实现了人工核聚变,只不过使用的是这样的方式。

氢弹的巨大能量正是来自核材料剧烈的聚变反应,但这样的瞬间释放只能带来毁灭性的效果,如何让这样的能量在人的控制下缓慢有序地释放出来,这是在第一枚氢弹爆炸后的64年里人类一直在试图攻克的课题。

正因如此,1985年,国际上开始倡议多国共同合作开展受控核聚变反应堆的研制工作,这就是后来的ITER项目。2006年,包括我国在内的7个国家和地区签订协议,国际热核聚变实验堆项目正式启动,这也是我国参与的规模最大的国际科学合作项目。专家表示,随着ITER项目的推进和各国自主的核聚变项目研究,人类有望在未来50年内,让这种能量巨大而又清洁安全的能源进入千家万户。

 

牛津大学教授:最好的选择是接受中国领导聚变研究

10月24日,中国科研人员在升级全超导托卡马克核聚变实验装置。

 

港媒称,在合肥董铺水库一座伸向水中的安静和风景秀丽的半岛上,物理学家最近创造了一项世界纪录。他们制造出比太阳中心温度还要高的氢等离子体,并且稳定燃烧了1分多钟。

据香港《南华早报》12月8日报道,核聚变研究人员让电离气体稳定燃烧了两次,持续时间和四年前用同一座反应堆创造的纪录一样长,这座科学岛上有中国一些最大型的研究设备。

EAST(先进超导托卡马克实验装置)大科学工程管理委员会副主任罗广南教授说,先前的一些聚变实验持续了100多秒,但它们就像“骑一匹烈马”,难以控制不稳定的等离子体。不过,8月在EAST上进行的实验更像是一次盛装舞步表演,处在被极强电磁场屏蔽的一个环形室中的等离子体被控制在一种高效稳定态H-mode(高约束模式)。

罗广南说:“这是一次具有里程碑意义的事件,它增强了人类利用核聚变能的信心。”

物理学家认为高约束模式是未来核聚变电站的最佳工作状态,而这1分钟的突破在很大程度上要归功于中国政府近年来对聚变研究的大量投资。

虽然仍远远达不到使这项技术商业化所需的持续时间——以几十年而非几分钟计,但科学家说,这项突破显示中国聚变研究的发展速度把其他国家远远落在后面。

报道称,这还会有助于加快政府批准建设世界第一座核聚变电站——拟建的中国聚变工程试验堆(CFETR)——的速度,中国在合肥启动强流氘氚聚变中子源(HINEG),目标是用核聚变技术生成世界最强的中子束。

当两个氢原子核聚合成一个氦原子时就发生聚变,在这个过程中,少量的质量转变成巨大的热量。问题是要能控制这一能量。为解决聚变控制问题,世界各地建立了许多聚变实验装置,在建的最大设施——法国的国际热核聚变实验反应堆(ITER)预计将在2025年点火,产生第一束等离子体。不过,此类设备都相对简单,都不能把聚变能变成电能。

拟建的CFETR将在2030年投入运转,最初的发电量为200兆瓦,在随后10年把发电量提升至1千兆瓦左右,超过大亚湾所有商业裂变反应堆的发电量。

中科院知名的聚变研究科学家万元熙上月在日本京都召开的一次国际聚变科学会议上说,希望CFETR的建设计划能在未来5年内获得政府批准。

中央政府的财政支持使EAST团队能够在过去几年进行一系列重大升级,也使在ESAT上的1分钟H-mode突破成为可能。相比之下,美国麻省理工学院的Alcator C-Mod托卡马克聚变堆由于美国联邦政府削减预算而在9月关停。该反应堆在运转的23年中曾创下众多世界纪录,在运转的最后一天,创下最后一项世界纪录——最高等离子体压强。

世界各地的核聚变科学家被中国的资金和机会吸引过来,他们渴望一劳永逸地解决世界能源短缺和环境污染问题。

许多美国研究人员参与了EAST的1分钟H-mode实验。罗广南说:“近年来在我们进行的每一次实验中,参与的外国研究人员数量都经常超过100人。”他承认,没有国际社会的共同努力,中国不会取得这么快的进展。

报道称,然而,中国的快速发展引发其他国家的担心。它们担心,如果中国成为第一个实现聚变技术商业化的国家,那它将在经济和地缘政治上取得优势。ITER项目的其他6个参与方——日本、韩国、俄罗斯、美国、印度和欧盟——甚至讨论要把中国踢出这个项目,因为担心中国将利用从ITER获得的知识加快CFETR的建设速度。

可是,如果没有中国的支持,被多年的延迟和大大超支困扰的ITER将无法继续下去,而且近年来中国在该项目中的影响力显著提高。ITER的中国籍雇员人员最初在7个参与方中是最少的,如今已经是第二多的,仅次于欧盟。

牛津大学基督圣体学院院长、前英国卡勒姆聚变中心主任史蒂文·考利教授说,对其他国家来说,最好的选择是接受甚至支持中国领导聚变研究。

报道称,但中国政府可能有其他考虑。虽然尚未公开CFETR项目的估计预算,但建设一个聚变堆的费用很可能大大超过商业裂变堆,而且仍存在许多技术障碍。

例如,最近的EAST实验不得不中止,因为研究人员担心实验时间过长可能对设备造成无法修复的损伤。

报道称,中国还着手世界上最雄心勃勃的常规核电站建设计划,大量的投资可能造成CFETR这样的大型实验项目能获得的资金减少。