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中国在这个高精尖领域获重大突破 未来或将改变能源市场格局 ...

2018-11-26 06:30| 发布者: D7Fe7EEUTYyRZJU| 查看: 5| 评论: 0

摘要:   俄媒称,中国制造出了一个“人造太阳”,它比真正的太阳还要火热好几倍。学者们借助于中国合肥市的“全超导托卡马克核聚变实验装置”(中文名为“东方超环”,简称EAST),把等离子体加热到了1亿摄氏度。中国学 ...

  俄媒称,中国制造出了一个“人造太阳”,它比真正的太阳还要火热好几倍。学者们借助于中国合肥市的“全超导托卡马克核聚变实验装置”(中文名为“东方超环”,简称EAST),把等离子体加热到了1亿摄氏度。中国学者们的成功试验是建造国际热核聚变实验堆(ITER)的重要步骤。

  据俄罗斯卫星通讯社11月20日报道,在过去半个多世纪来,学者们一直在思考如何利用热核聚变(thermonuclear fusion)获得能源。从潜在上来说,这是一项革命性的技术:差不多甚至能从水中获取能源。此外,热核聚变要比把放射性元素用作核燃料的传统核能安全许多。但是目前技术只是处于发展之中:尚没有一个国家掌握可控热核聚变,以便按照工业规模获取能源。主要问题在于如何把烧热到几百万度的等离子体从反应堆壁上离析出来。

  为此正好利用托卡马克(苏联研究可控热核反应的实验装置)。这是一种带有激磁线圈的环状真空室。在这种托卡马克装置中,磁场约束等离子体。的确,目前无法长久约束烧热的等离子体。但中国人依然在当前的试验中在“全超导托卡马克核聚变实验装置”(EAST)中把烧热到1亿度的等离子体约束到了创纪录的10秒钟。

  报道称,中国和包括俄罗斯在内的世界上其他34个国家一起,参加了国际热核聚变实验堆(ITER)的研究工作。中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所常务副所长宋云涛与俄罗斯卫星通讯社记者交谈,介绍了中国当前试验结果将如何影响世界热核聚变的发展。

  宋云涛:EAST同时具有上亿温度的“超高温”、零下269度的“超低温”、“超大电流”、“超强磁场”、“超高真空”等极限条件。它的建设和运行中,自主发展出了68项关键技术,形成了多个重大创新点,如大型超导磁体、超高真空、偏滤器、超导导体生产等,相关技术填补相关国内空白并具有广泛的应用前景,一些独创的技术得到了国际同行的赞赏和借鉴。

  EAST物理实验先后创造多项托卡马克运行的世界纪录,成为国际上稳态磁约束聚变研究的重要实验平台。它可对受控核聚变相关的前沿物理问题开展探索性实验研究,为未来稳态、安全、高效的先进商业聚变堆提供物理和工程技术基础。

  宋云涛:EAST是世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置,具备独有的非圆截面、全超导及主动冷却内部结构三大特性。EAST的目标是针对近堆芯等离子体稳态先进运行模式的科学和工程问题。与国际其他核聚变装置相比,EAST是性能最接近ITER的核聚变实验装置,也是未来十年最有能力为ITER提供长脉冲稳态先进运行高参数的实验装置。

  俄记者:如果核聚变得到实际应用,那么煤炭和石油等传统能源来源的价格将发生什么变化?这是否意味着,煤炭和石油的价格将下跌?

  宋云涛:传统能源的煤和石油在很长一段时间内仍然会保持它们作为能源产品的作用。可控的核聚变反应实现后,社会对于传统能源的需求会大大减少,但完全取代传统能源的技术,还是一个过程,也是我们追求的一个目标。

  据参考消息网记者了解,国际热核聚变实验堆,英文简称ITER,是由中国、美国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度等七方共同合作建造可实现大规模聚变反应的实验堆,以解决人类共同面临的能源问题。由于其原理和太阳发光发热的原理相似,也被称为“人造太阳”。

  参考消息网11月19日报道英媒称,中国称其在利用核聚变开发廉价清洁能源的竞争中获得突破。

  据英国《泰晤士报》网站11月17日报道,中科院研究人员早已认识到太阳内部核聚变的潜力,但仍在艰苦探索如何再现这个过程,而又不使投入能量大于释放能量。

  科学家说,他们在人造太阳的研发上取得了重大进展。他们制造了一个中心温度达到1亿摄氏度的核聚变装置,并实现了对核聚变更好的控制和更高的能量输出率。

  她说:“我们总是说还要30年或50年才能实现核聚变。但最近的成果大大加快了研究进程。我们距离商业应用依然很远。这些数据具有里程碑意义。我们在国际会议上做展示时,国际同行表示了浓厚的兴趣。”

  报道称,这项研究是中国对研发国际热核聚变实验反应堆计划(ITER)的部分贡献。ITER是一个在法国南部建设全球最大核聚变实验装置的国际项目。

  董少华说:“核聚变也许是世界上最开放的科学领域。”她还说,外国科学家也对合肥的核聚变项目提供了帮助。

  报道称,中国希望找到能满足其巨大且不断增长的能源需求的方案,并找到一种更清洁、可持续的化石燃料替代品。

  2006年,中国开始建造一个托卡马克,即可以进行核聚变实验的磁室。该装置被中国国家媒体称为“小太阳”。

  原子核的聚合作用可以产生能量,但科学家一直在努力研究如何使从这个过程中提取的能量超过他们用于加热和控制的能量。

  报道称,包括英国在内的其他几个国家也在开展类似项目。ITER是一项全球协作计划,汇集了来自欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、中国和美国的资源,目的是打造世界上最大的托卡马克。这座反应堆中心温度将达到1.5亿摄氏度,预计将于2025年建成。其设计目标是,以50兆瓦的能量输入,通过核聚变反应,产生500兆瓦的电力。

  报道还称,中国2017年创造了纪录,实现了持续超过100秒的可控核聚变反应。

  7月5日,我国的超导托卡马克实验装置(EAST)在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式。

  这是一个里程碑式的突破!将为我国下一代核聚变装置的建设和国际核聚变清洁能源的开发利用奠定坚实的技术基础。

  如果说起EAST的学名大型非圆截面全超导托卡马克装置,可能没有多少人知道,但是如果提起“人造小太阳”,很多人耳熟能详。

  一个一百万千瓦电站需要50万吨煤,核电站需要30吨核燃料。同样级别热核聚变电站仅需要100公斤重水和锂。相比于目前的核电站,热核聚变是非常安全的,因为聚变的产物只是氦气。资源是无限的,同时又是清洁的,所以长期以来被科学家认为是未来人类终极能源。

  50年来,人类渴望在地球上实现太阳内部核聚变的模拟,期望能够把惊人的能量稳定地输送给电站。托卡马克是人们未来得以实现“完美能源”这一畅想的化身。

  “托卡马克最早是苏联人的发明”,中科院等离子所副所长宋云涛告诉科技日报记者,上世纪90年代初,我国用400万人民币的生活物资,向前苏联换来了当时价值1800万卢布的托卡马克装置。

  “我们花了一年半的时间把它全部拆掉,又花了两年的时间把它装起来,在这上面做了大量的实验。其他国家都做到几秒钟,我们在这个装置上面做到了1000万摄氏度持续60秒放电”,宋云涛告诉记者,热核聚变会产生上亿摄氏度高温的等离子体,比太阳中心部的温度还要高五六倍!它跟周边的材料是强相互作用,需要控制得非常精确,精确到零点几个毫米和零点几个毫秒以下,“否则的话,只要一偏心,碰什么烧什么。”

  怎么才能实现“人造太阳”?科学家想了一个办法,就是把一团上亿摄氏度的等离子体火球,用磁场把它悬浮起来,跟周边的任何容器材料不接触,这个时候就可以对它加热、控制,进而实现“人造太阳”。

  因为托卡马克产生磁场线圈是用常规的铜线做的,消耗了大量的能量,采用超导技术就比较容易得到聚变能量。在托卡马克的基础上,中科院等离子体所科研人员仅用10年时间,就自主设计和建造出世界上首个全超导托卡马克装置EAST。

  “东方超环”EAST作为世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置,集中了超高温、超低温、超大电流、超强磁场和超高真空等多项极限。

  “从设计到建设,都是我们自己做的,整个项目的国产化率达到90%以上,自研率在70%以上,同时还取得了68项具有自主知识产权的技术和成果。”宋云涛告诉科技日报记者,EAST主要用来探索实现聚变能源的工程、物理问题,为未来能源发展提供新思路。“现在,科研人员正在对EAST进行全方位的升级改造,为新一轮物理实验做准备。”

  1亿摄氏度,1000秒。这两个数字是横亘在中国科学院等离子体研究所核物理科学家和全球科学界面前的两座难以跨越的山峰。

  要让核聚变为人类所利用,就意味着要把氘、氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度,并至少持续1000秒,才能形成持续反应。而这正是“东方超环”EAST的使命。上亿摄氏度和零下269摄氏度,每一个极限都是科研领域的高、精、尖难题,开拓创新就意味着挑战极限。

  “传导、对流和辐射造成能量的损失,为了最小的辐射损失,就得全部用真空。我们用五层真空,做成最大的‘保温杯’,实现了一亿摄氏度和零下269摄氏度‘冰火两重天’的结合。”宋云涛告诉记者,要获得更长放电时间,几乎所有的技术都要用到当今世界技术的极致。

  事实上,与全球规模最大的能源合作项目——国际热核聚变实验堆计划(ITER)相比,EAST只有其1/4大小。但麻雀虽小,五脏俱全,EAST的成功经验已经支撑了ITER的建设。如研制出可通过90千安电流的高温超导电流引线,使ITER制冷电耗每年减少2/3以上;证明ITER磁体电源设计方案存在的风险,并设计出新方案。

  “目前,中国在ITER七方采购包进度中已成为第一位。在核聚变领域,中国人再也不是可有可无的‘小角色’。”宋云涛自豪地说。

  中国经济网7月4日讯(记者 佘惠敏)2017年7月3日夜晚,国家大科学装置东方超环(EAST)再传捷报:实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这标志着EAST成为了世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。这一里程碑性的重要突破,表明我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面,将继续引领国际前沿,对国际热核聚变试验堆(ITER)和未来中国聚变工程试验堆(CFETR)建设和运行具有重大的科学意义。

  ITER计划是当前世界上规模最大的国际科技合作项目,是人类探寻未来高效清洁能源的重要途径。实现稳态长脉冲高约束等离子体运行是未来聚变堆亟待解决的关键科学问题。EAST具有ITER类似的先进技术,未来五年内将是国际上唯一有能力开展超过百秒时间尺度的长脉冲高约束聚变等离子体物理和工程技术研究的实验平台,为ITER预演稳态运行是EAST的重要使命。

  基于过去十多年的研究积累,EAST团队通力合作集体攻关,集中解决长时间尺度下的等离子体位形精确控制、高功率射频波加热与电流驱动、高约束性能等离子体稳定性、等离子体与壁相互作用、粒子与热排出、关键分布参数的实时诊断等一系列与稳态运行密切相关的关键技术和物理问题,同时对多尺度物理过程的集成和芯部约束与边界、偏滤器的有效兼容等前沿问题开展了深入的科学研究。

  EAST在以低动量注入纯射频波加热、钨偏滤器等类似ITER未来运行条件下,成功实现了全程扰动幅度较小的边缘局域模(ELMs)的高约束模式,有效控制了偏滤器靶板热负荷和钨杂质返流,获得了约束改善因子H98y2大于1.1的完全非感应电流稳态高性能等离子体,并通过先进磁位形的精确控制实现了等离子体运行的软着陆,验证了超高真空、低温、大功率电源、超导磁体、射频波和中性束加热、计算机控制和数据采集等系统稳态运行的能力。

  这次实验的突破进一步提升了EAST在国际磁约束聚变实验研究中的重要地位,其科学研究成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持,更为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆(CFETR)的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。

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