美國(guó)計(jì)劃15年內(nèi)建成全球首個(gè)核聚變電站

2018-03-20 14:36:40 界面新聞　點(diǎn)擊量：844 評(píng)論 (0)

麻省理工學(xué)院在托卡馬克裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸，計(jì)劃建設(shè)一個(gè)緊湊型聚變實(shí)驗(yàn)裝置SPARC，其中關(guān)鍵是建立一種強(qiáng)大的超導(dǎo)電磁鐵。利用核裂變

麻省理工學(xué)院在托卡馬克裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸，計(jì)劃建設(shè)一個(gè)緊湊型聚變實(shí)驗(yàn)裝置SPARC，其中關(guān)鍵是建立一種強(qiáng)大的超導(dǎo)電磁鐵。

利用核裂變?cè)恚祟?lèi)已建造了幾百個(gè)核電站。現(xiàn)在，開(kāi)始向核聚變利用進(jìn)軍。

據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》等多家外媒報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）正在開(kāi)展一項(xiàng)核聚變研究項(xiàng)目，計(jì)劃在未來(lái)15年內(nèi)，建成全球首個(gè)核聚變發(fā)電站，并讓其連接上電網(wǎng)。該座核聚變電站設(shè)計(jì)功率為200兆瓦。

該項(xiàng)目由麻省理工學(xué)院和一家私人企業(yè)CFS（CommonwealthFusionSystems）合作開(kāi)發(fā)，目的是將核聚變從昂貴的科學(xué)實(shí)驗(yàn)階段，轉(zhuǎn)化為具有經(jīng)濟(jì)性的商業(yè)項(xiàng)目。

麻省理工學(xué)院表示，項(xiàng)目吸引了意大利能源公司埃尼（ENI）前來(lái)投資。ENI已向CFS公司投資了5000萬(wàn)美元，其中3000萬(wàn)美元將用于麻省理工學(xué)院未來(lái)三年對(duì)該項(xiàng)目的研究。

人類(lèi)開(kāi)發(fā)核能的途徑主要有兩條——重元素的裂變和輕元素的聚變。核聚變產(chǎn)生巨大的能量高于核裂變，一直以來(lái)被科學(xué)界視為人類(lèi)的終極能源。一公斤核聚變?nèi)剂纤a(chǎn)生的電能等同于1.1萬(wàn)噸煤炭，且核聚變所需的燃料氘、氚，在自然界中儲(chǔ)存量十分巨大，海水中就能提取。

但是，核聚變具有很強(qiáng)的不可控制性。

人類(lèi)對(duì)聚變反應(yīng)的控制，目前主要是依靠一種環(huán)形容器，通過(guò)約束電磁波驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)造氘、氚實(shí)現(xiàn)聚變的環(huán)境和超高溫，實(shí)現(xiàn)受控核聚變。這種裝置被稱(chēng)為托卡馬克（Tokamak），名字來(lái)源于其關(guān)鍵詞——環(huán)形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnet）、線圈（kotushka）。

二十世紀(jì)末，科學(xué)家們又將新興的超導(dǎo)技術(shù)用于托卡馬克裝置，產(chǎn)生了超導(dǎo)托卡馬克裝置。其仿造原理為太陽(yáng)內(nèi)部的熱核聚變反應(yīng)，因此業(yè)內(nèi)將這種裝置稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”。

麻省理工學(xué)院在托卡馬克裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸，計(jì)劃建設(shè)一個(gè)緊湊型聚變實(shí)驗(yàn)裝置SPARC。SPARC的關(guān)鍵是建立一種強(qiáng)大的超導(dǎo)電磁鐵。麻省理工學(xué)院與CFS團(tuán)隊(duì)計(jì)劃用三年時(shí)間完成對(duì)超導(dǎo)電磁鐵的研究。

據(jù)麻省理工學(xué)院介紹，制造該超導(dǎo)磁鐵的超導(dǎo)材料，是一種涂覆有釔-鋇-氧化銅（YBCO）復(fù)合材料的鋼帶。該材料的使用，能夠使超導(dǎo)磁鐵具有磁場(chǎng)強(qiáng)度高、成本低等優(yōu)勢(shì)。

目前，中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)正在進(jìn)行一項(xiàng)名為“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃”的項(xiàng)目，相當(dāng)于建造一個(gè)大規(guī)模的“人造太陽(yáng)”。

根據(jù)ITER項(xiàng)目規(guī)劃，2007-2025年為建造階段，2025年底實(shí)現(xiàn)第一次點(diǎn)火，2035年進(jìn)入運(yùn)行階段，最終在2050年前后實(shí)現(xiàn)核聚變能商業(yè)應(yīng)用。

這一工程涉及包括歐盟、中國(guó)、美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)在內(nèi)的七方。中國(guó)于2003年加入ITER計(jì)劃，并將承擔(dān)ITER裝置中137個(gè)采購(gòu)包制造任務(wù)的12個(gè)，接近總?cè)蝿?wù)量的10%。

同時(shí)，中國(guó)也在制造自己的“人造太陽(yáng)”——全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST。去年7月，EAST在全球首次實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng)段旭如此前表示，經(jīng)過(guò)近十年，中國(guó)對(duì)核聚變的技術(shù)研究，已經(jīng)從過(guò)去的“跟跑”，到目前部分技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“領(lǐng)跑”。

3月18日，據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院核能安全所以中國(guó)抗中子輻照鋼（即CLAM鋼）為原料，利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)聚變堆關(guān)鍵部件——包層第一壁樣件的試制，并對(duì)其組織和性能進(jìn)行了研究分析。

這是中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)聚變堆關(guān)鍵部件樣件3D打印。該研究表明，3D打印技術(shù)在聚變堆等先進(jìn)核能系統(tǒng)復(fù)雜構(gòu)件制造方面具有良好的應(yīng)用前景。

原標(biāo)題:美國(guó)計(jì)劃15年內(nèi)建成全球首個(gè)核聚變電站

責(zé)任編輯：lixin

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