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Kaiyun官方网:新一代人造太阳在成都装机 挑战2亿℃高温

发布时间:2024-02-05 点击量:797
本文摘要:新一代人造太阳在成都装机 挑战2亿℃高温

Kaiyun官方网:新一代人造太阳在成都装机 挑战2亿℃高温(图1)

   HL-2M主机线圈,从底部向上仰视

Kaiyun官方网:新一代人造太阳在成都装机 挑战2亿℃高温(图2)

  HL-2M主机线圈(远处)、HL-2M主机真空室(近处) 摄影记者 刘海韵

  核聚变产生能量与太阳发光发热的原理相似,因此在地球上以探索清洁能源为目的的可控核聚变研究装置也被人们称为“人造太阳”。

新一代人造太阳在成都装机 挑战2亿℃高温

Kaiyun官方网:新一代人造太阳在成都装机 挑战2亿℃高温(图1)

   HL-2M主机线圈,从底部向上仰视

Kaiyun官方网:新一代人造太阳在成都装机 挑战2亿℃高温(图2)

  HL-2M主机线圈(远处)、HL-2M主机真空室(近处) 摄影记者 刘海韵

  核聚变产生能量与太阳发光发热的原理相似,因此在地球上以探索清洁能源为目的的可控核聚变研究装置也被人们称为“人造太阳”。

  昨日下午,在中核集团核工业西南物理研究院(核西物院)中国环流器二号M(HL-2M)装置建设现场,继该装置主机线圈系统交付之后,中核集团、东方电气集团、华西集团三方代表共同点亮启动球,由此拉开中国新一代“人造太阳”装置总体安装序幕。

  成都商报-红星新闻实习记者 曾那迦 综合报道

  ■完成国家任务 等离子体将超2亿度

  据了解,主机线圈系统是该装置主机的核心部件之一,由东方电气集团东方电机有限公司(东方电机)制造,其中心柱的研制是整个线圈系统最具挑战性的任务,线圈中心柱由20组环向场线圈中心段组件和中心螺旋管线圈装配而成,总体重量约90吨。中心柱制造难度大,工艺精度要求极高,高冲击载荷条件下运行寿命要求不低于10万次,在国内尚属首次,没有现成的工艺和设备借鉴。

  核西物院和东方电机发挥科研创新与高端制造的能力和水平,艰难攻关,取得多项关键技术的重大突破,设计制造国内最大尺寸、最大重量的中心柱,合力完成这一项国家任务,为开展堆芯级聚变等离子体物理实验和关键技术研究提供强力保障。

  据了解,之后装置总体安装工作将由华西集团四川省工业设备安装公司接棒。

  中国环流器二号M装置,规模大、参数高,采用了更先进的结构与控制方式,有望将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培,等离子体温度将超过2亿度。

  ■核聚变“烧”什么?氢、氘、氚……

  据核西物院中国环流器二号M装置总工程师杨青巍介绍,随着全世界核聚变科研的发展,科学家们发现等离子体还有很多秘密有待揭示。

而作为高参数实验级核聚变装置,中国环流器二号M装置就承担着深化人们对等离子体认识的重任。

  他说,中国环流器二号M装置以氢、氘气体为“燃料”,通过把它们注入装置并击穿、“打碎”产生近堆芯级别的等离子体,来模拟核聚变反应。而未来真正成熟、能够投入生产使用的核聚变堆则会使用氘、氚进行反应。

氘-氚反应会产生中子,被水吸收。下一步才可能将水中的热量导出发电。

  说到这,杨青巍提到国际热核聚变实验堆(ITER)计划。

他指出,位于法国南部的ITER计划装置与中国环流器二号M装置在定位上不同,前者规模属于堆级,将进行的正是氘-氚反应的实验。而它的任务是直接为以后核聚变发电站的可行性进行验证。

  2006年,中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯及美国七方共30多个国家共同启动国际热核聚变实验堆计划,也称ITER计划,是目前规模最大的国际大科学工程计划之一。

是为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划,目的是建造托卡马克型聚变实验堆。

  其中,中国承担了9%的研发任务,覆盖了ITER的部分核心部件研发。目前,中国的采购包不管是研发的进度还是完成的质量,都走在世界的前列。

  ■一旦出现杂质 反应立刻停止

  为什么核聚变被视作安全的清洁能源?杨青巍表示,之所以说核聚变具有“固有安全性”,原因有二。

首先,核裂变燃料棒本身能够发生反应,控制不住进入超临界状态就会出现福岛核电站核泄漏这样的事故。而托卡马克装置所进行的核聚变反应条件非常苛刻,杨青巍解释道:“如果装置中的磁约束不够好造成等离子体碰壁,一旦高温烧蚀装置出现杂质,反应的条件马上就不具备,马上就不能再发生反应了。”

  同时,核聚变可以有效避免核废料处理的问题。

“我们一般把燃烧完了的核燃料叫作乏燃料。”杨青巍告诉记者,例如核裂变使用的铀235,在反应过程中会裂变成很多不同的、比它轻的同位素元素,这些元素有极强的放射性,对人类来说极具威胁。这些乏燃料的衰变期可能长达万年。“现在的处理方法是把乏燃料深埋到怎么地震都不会翻出来的、几千米深的沙漠地下。

而使用氢、氘反应的核聚变,反应后只会产生没有放射性的氦。”杨青巍说。

  长知识

  为了“驯服”核聚变

  科学家打造一座磁笼子

  昨日,中国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置在蓉开始总体安装。未来,该装置中的等离子体温度将达到2亿度以上,目前没有任何已知材料能抵挡这样的温度。

  而全世界科学家正在共同努力的,是让这股能量变得可控——受控核聚变到底有何魔力,竟吸引全世界最聪明的“普罗米修斯”们竞相“盗火”?

  “人造太阳” 理想的“未来能源”

  上世纪三四十年代,随着核裂变技术的实践和核聚变反应的发现,同样建立在爱因斯坦质能方程E=mc2上的核聚变反应就开始被视为取之不尽用之不竭、安全且清洁的“未来能源”。

  其原因是,与依靠链式反应产生能量的核裂变相比,核聚变反应发生在原子核发生聚变时使部分质量转化为能量释放,而它所使用的原料在自然界中储备丰富且没有放射性的氘——氢的同位素,其在海水中几乎取之不尽。

之所以这样说,是因为在海洋中每6500个氢原子就有1个氘原子,也就是说仅在一升海水中就有1.03×10"22个氘原子,即每1Km3海水中氘原子所具有的潜在能量相当于燃烧13600亿桶原油的能量,这个数字约为地球上蕴藏的石油总储量。而从一升海水中提出的氘,在完全的聚变反应中则可以释放相当于燃烧300升汽油的能量。而这一切的发生并不会产生具有放射性的核废料。

  托卡马克 关住“人造太阳”的磁笼子

  上世纪五十年代,苏联莫斯科库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人发明了一种环形装置,通过约束电磁波驱动,创造氘、氚实现聚变的环境,并实现人类对聚变反应的控制。这种装置被命名为托卡马克(Tokamak),来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka),用以指代环形磁约束受控核聚变实验装置,中文又称其为环流器。

  托卡马克就像一座为“人造太阳”量身打造的磁笼子,把核聚变产生高温高压等离子体约束在无形的磁场中。

  目前,托卡马克装置中等离子体约束已取得明显效果,等离子体温度可达到上亿度,意味着产生核聚变能量的科学可行性已经被证实了。

  然而,实验相关成果距离可连续运行的商用反应堆还有很大的距离。尤其是反应的自持力也有待验证——自持指反应发出的能量可供应其自身运行所需的能量。正是因此,托卡马克也还有很长的路要走。

  当然,托卡马克并非唯一实现核聚变的方式。据了解,目前主要受控核聚变还有激光约束(惯性约束)核聚变、仿星器等几种不同的技术路径。


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