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中国核技术获重大突破 “人造太阳”有望实现

2019-10-11 15:13编辑:admin人气:


  从上个世纪50年代初,美国和苏联分别开始秘密地研究可控的核聚变,因为核聚变反应堆不仅可以获取用之不绝的能源,还可以用作稳定的中子源,例如可用来生产核裂变原料。但理论研究和实验技术上遇到一个又一个难以逾越的障碍,不久独立进行研究的各国就认识到这件事并不容易,只有开展广泛的国际合作才是加速实现核聚变能利用的可行之路。随后逐渐相互公开研究资料和进展,开始了合作之路。即使在冷战时期,其他核技术都是相互保密的,惟独热核聚变技术是相互公开的。

  在高压高温下面,太阳从里面到表面都在发生聚变反应,正是因为这些聚变反应释放出大量能量,使太阳上亿年源源不断发出光和热。但是太阳上的聚变反应是不可控的,就像在地球上看到的氢弹爆炸,巨大的能量在一瞬间释放出来,只能起到毁灭性的破坏作用。为了让这种能量为我所用,需要将能量释放过程变成一个稳定、持续并且可控制的过程。EAST正是起着这一转化作用,通过磁力线的作用,氢的同位素等离子体被约束在这个游泳圈中运行,发生高密度的碰撞,也就是聚变反应。

  所谓人造太阳,即先进超导托卡马克实验装置,也即国际热核聚变实验堆计划(ITER)建设工程,是当今世界迄今为止最大的热核聚变实验项目,旨在在地球上模拟太阳的核聚变,利用热核聚变为人类提供源源不断的清洁能源。核聚变能以氘氚为燃料,具有安全、洁净、资源无限3大优点,是最终解决我国乃至全人类能源问题的战略新能源。

  我国核聚变研究从一开始,即便规模很小时,就以在我国实现受控热核聚变能为主要目标。从上世纪70年代开始,集中选择了托克马克为主要研究途径,先后建成并运行了小型CT-6(中科院物理所)、KT-5(中国科技大学)、HT-6B(ASIPP)、HL-1(SWIP)、HT-6M(ASIPP)及中型HL-1M(SWIP)。最近SWIP建成的HL-2A经过进一步升级,有可能进入当前国际上正在运行的少数几个中型托克马克之列。在这些装置的成功研制过程中,组建并锻炼了一批聚变工程队伍。我国科学家在这些常规托克马克装置上开展了一系列十分有意义的研究工作。

  中国全超导核聚变获重大突破

  2012年4月19日,我国新一代人造太阳实验装置(EAST)中性束注入系统(NBI)完成了氢离子束功率3兆瓦、脉冲宽度500毫秒的高能量离子束引出实验。本轮实验获得的束能量和功率创下国内纪录,并基本达到EAST项目设计目标。这标志着我国自行研制的具有国际先进水平的中性束注入系统基本克服所有重大技术难关。EAST装置辅助加热系统是国家十二五大科学工程,2010年7月正式立项,它是使EAST具有运行高参数等离子体的能力,从而可以开展与国际热核聚变反应堆密切相关的最前沿性研究的重要系统。EAST中性束注入系统完全由中国自行研制,涵盖了精密的强流离子源等多个科学技术领域。

  2013年1月5日,中科院合肥物质研究院等离子体所承担的大科学工程人造太阳实验装置(EAST)又获重大实验成果,其辅助加热工程的中性束注入系统(NBI)在综合测试平台上成功实现100秒长脉冲氢中性束引出,初步验证了系统的长脉冲运行能力。

  科学家们介绍说,本轮实验获得的长脉冲中性束引出,在国内尚属首次,标志着中国在中性束注入加热研究领域又迈出了坚实的一步。

  EAST装置辅助加热系统2010年7月正式立项,它是使EAST具有运行高参数等离子体的能力,从而可以开展与国际热核聚变反应堆密切相关的最前沿性研究的重要系统。其主要包括低杂波电流驱动系统、中性束注入系统这两大系统。

  EAST中性束注入系统完全由中国自行研制,涵盖了精密的强流离子源、高真空、低温制冷、高电压及隔离技术、远程测控及等离子体和束诊断等多个科学技术领域。

  本轮实验中,中性束注入系统团队按实验计划仅利用10天的调试,即获得束能量30千电子伏、束流9安培、束功率约0.3兆瓦、脉冲宽度100秒的长脉冲中性束引出。实验在成功测试兆瓦级强流离子源性能的同时,也验证了NBI各子系统具备100秒的长脉冲运行能力。

  目前获得的实验结果具里程碑性质,标志着中国自行研制的具国际先进水平的中性束注入加热系统已基本克服重大技术难关,为中性束注入系统在2013年投入EAST物理实验奠定了坚实基础。

  中国是国际热核聚变实验堆(ITER计划)的参与国之一。EAST是由中国独立设计制造的世界首个全超导核聚变实验装置,2007年3月通过国家验收,并在近年来取得了一系列实验成果。其科学目标是为ITER计划和中国未来独立设计建设运行核聚变堆奠定坚实的科学和技术基础。

  人造太阳2040年有望实现

  英国原子能机构主席史蒂芬考利教授坦言,可控核聚变是解决人类未来能源危机的关键。由中国、欧盟、韩国、俄罗斯、日本、印度、美国七方于2006年启动的《国际热核实验堆计划(简称ITER)联合实施协定》目前在中英两国努力的带领下,有望在2040年左右取得实质性的突破。由于太阳的光和热正是由于核聚变反应生成的,因此ITER计划又名人造太阳。

  核聚变,又称热核反应,可以在瞬间产生大量热能。与现今以射性重金属铀、钚为原料的核裂变发电不同,可控核聚变以无害且来源广泛(例如海洋)的氢为原料,能够提供清洁环保又取之不尽的能源,同时能够避免类似切尔诺贝利核电站爆炸、日本福岛核电站泄漏这样的事故。

  如今进行的核聚变实验要在强磁场环境下提供高达2亿摄氏度的高温,技术要求极高,但又由于可控核聚变反应条件极为苛刻,即使发生意外情况,只需降低反应条件便可以加以控制,不会出现如今核电站易发事故的情况。

  早在上世纪50年代,人类就实现了核聚变的反应就是氢弹的爆炸,但是氢弹瞬间猛烈爆炸是无法控制的,所以人们就想要把氢弹爆炸出的巨大能量如何来能够被人类用于社会生产和人类生活,伊特尔计划一提出就受到了世界各国政府的青睐,到目前伊特尔人造太阳计划总共有七个方面,三十三个国家参与这个计划。

  总的来说,中国、欧盟、日本、韩国、俄罗斯、美国和印度,这33个国家计划涉及到全球60%的人口和80%的GDP,是个相当宏大的计划,它也成为了世界上最大的一个国际大科学工程化,伊特尔集成了当今世界上受控磁约束核聚变的主要的科学和技术成果,从2008年开始,伊特尔试验堆工程已经在法国南部城市卡达拉舍进行建设,项目预期要持续30年,10年作为前的工程期建设,后20年作为试验运行期。

(来源:未知)

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