了不起!美国实现可控核聚变新突破 减轻化石能源依赖
2016-10-18 11:02:46   来源:环球网
内容摘要
省理工学院等离子体科学和聚变中心的研究人员目前成功在其Alcator C-Mod核聚变反应堆中实现了2.05个大气压的突破。这项技术的研究有望是人类得到无尽的能源,减轻人类对化石能源的依赖。

由于具有清洁无污染、原料几乎取之不尽(可以直接使用海水)、安全性高等优点,核聚变被视为一种近乎用之不竭的理想能源。近日,美国科学家利用基因改良的手段,使实际可用的能源来源又向前迈进了一步。

改良的原理和太阳内部的反应一致。在高温、高压和强磁场的条件下,两个质量小的原子——比方说氘和氚——会发生原子核互相聚合作用,同释放出巨大能量。核聚变技术的研究有望减轻人类对化石能源的依赖。

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高压是核聚变发生的重要条件之一。麻省理工学院的研究人员目前成功在核聚变反应堆中实现了2.05个大气压的突破。这比上个世界纪录(产生于2005年)提高了15%。

2.05倍的大气压相当于海平面以下10米的压力。在此压力下,反应堆内部温度可达到3500摄氏度,两倍于太阳核心的温度。据MIT News报道,在此条件下,反应堆内每立方米可发生千亿次的核聚变反应。

“这是了不起的成就!”普林斯顿等离子体物理实验室前副主任Dale Meade毫不掩饰激动之情。

除了高压之外,推动核聚变反应的能量从何而来也一直是困扰核聚变研究的问题之一。以目前的实验技术,加热反应所消耗的能量甚至大于反应释放出的能量。只有在产出(远)大于消耗时,核聚变才有可能被广泛应用。

美国之外的研究者们将希望放在ITER反应堆上。ITER目前正在法国建造,预计于2036年投入使用。届时其将成为世界最大的托卡马克反应堆,体积是MIT Alcator C-Mod反应堆的800倍。ITER被预期能够产生2.6个大气压的压力,同时创造出1.5亿度高温的反应条件。


国际热核聚变实验堆开始测试堆芯屏蔽材料

中国提供的首批3座变压器已经在法国ITER聚变项目完成安装,来自荷兰的研究人员正在对聚变反应堆堆芯抗中子辐射屏蔽材料进行测试。 

荷兰放射性同位素生产商NRG今天宣布,这些作为ITER“第一层壁”的材料将于未来数月在荷兰佩滕的高通量反应堆(HFR)内辐照。 

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等离子体被磁屏蔽约束在ITER中发生核聚变反应时的温度高达1.5亿开,第一层壁为反应堆堆芯提供第一层屏蔽,将暴露在聚变反应产生且不受磁场约束的高能中子下。 

第一层壁将由不锈钢结构组成,其铜铬锆合金表面会焊有铍金属片。使用同样铍片的等比例模型将被放在HFR堆芯以产生放射性同位素来模拟未来ITER中的环境和温度。


俄物理学家发现获取保障核聚变反应堆可靠运作准确数据的方法

俄罗斯国立核能研究大学“莫斯科工程物理学院”(MEPhI)新闻处表示,该校学者在国际原子能机构(IAEA)项目框架内研发出获取确保核聚变反应堆可靠运作所必需的最准确数据的方法。国际权威科学期刊《核材料杂志》(Journal of Nuclear Materials)发表了这一研究成果。

制造核聚变装置的目的是尝试利用核聚变反应获取电能,如利用太阳上发生的核聚变反应获取电能。如果取得成功,这将赋予人类取之不尽用之不竭的能源。这个领域最大的项目是目前正在法国建造的国际热核聚变实验反应堆(ITER)。

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核聚变装置的制造伴随着一系列严重问题。例如,为与反应堆热核等离子体接触的耗能最大元件选择材料的问题仍然悬而未决。钨是最有前景的材料之一。但专家们目前不完全清楚,这种金属在核聚变反应堆运作条件下将如何表现,特别是与核聚变燃料中的一种成分--氚,氢的放射性同位素,相互作用时。氚进入面向等离子体的反应堆壁金属辐射缺陷是潜在的严重问题之一。

俄罗斯国立核能研究大学"莫斯科工程物理学院"(MEPhI)等离子物理教研室工作人员加斯帕良解释说,氚的积累从多个角度构成威胁。他指出,大量氚可能导致反应堆壁的机械属性"彻底降解"。公告中援引加斯帕良的话补充说,积累的氚从反应堆壁材料中不受控制地流出,还能导致所谓的等离子体破裂并将大量能量抛到壁上。为了寻找解决这些问题的途径,需要知道氢与核聚变反应堆壁金属缺陷相互作用时的能量强度。俄罗斯国立核能研究大学"莫斯科工程物理学院"(MEPhI)等离子物理教研室工作人员研发出测量这一指数的方法。加斯帕良说,不同于以往,研发出的新方法能获取最准确的数据。与此同时,这些数据对此前严重影响测量结果的因素不敏感或者具有最低的敏感度。


美物理学家透露下一代核聚变装置计划

据国外媒体报道,核聚变可让人类获得无限能量,美国能源部下属的普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家近日在一篇论文中透露了下一代核聚变计划。

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项目主管乔纳森-梅纳德指出,他们最近完成了NSTX-U核聚变装置的升级,该项目2015年开始由美国能源部办公室运营。球形托卡马克装置外形如空心苹果,与常规托卡马克装置不同,后者就像是笨重的甜甜圈。

普林斯顿等离子体物理实验室主任斯图尔特普拉格认为,NSTX-U核聚变装置的升级可以扩大我们对高温等离子体的认识,他们将继续对其进行研究,解决研制下一代核聚变装置所面临的技术问题。

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