长期以来,能源一直是世界经济发展中的难点问题。能源问题已上升到国家安全战略高度,并演变成敏感的国际政治、经济和外交问题。利用核聚变释放的能量解决能源问题是人类梦寐以求的终极能源解决方案,一旦能实现核聚变商业发电,将从根本上解决人类能源问题。
相对于核裂变,核聚变具有无放射性、单位质量提供的能量多等优点,更重要的是地球上核聚变物质储量远远多于核裂变物质储量,氘、氚燃料来源极为丰富,按估算地球海水中氘可供人类使用上千万年。另外核聚变反应堆比目前的核裂变反应堆产生的核废料更少,放射性污染也会在短期内消失。因此核聚变是解决世界能源危机的有效途径。
2016年7月6日,德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所表示,世界最大的仿星器受控核聚变装置“螺旋石7-X”已于今年3月成功完成第一轮实验,目前正在升级改造,预计4年后可实现等离子体脉冲持续时间30分钟的目标。
核聚变的实际应用难度在于,要让超高温的等离子体“受控”,否则就可能变成氢弹爆炸。因此受控核聚变是解决未来能源问题的方案之一。据e科专家林志立博士介绍,目前可能实现可控核聚变的途径主要有两种,即磁约束聚变和惯性约束聚变。
仿星器是目前较有希望的受控核聚变装置类型之一,顾名思义,仿星器就是对恒星的模仿 ,是一种磁约束核聚变装置,通过强磁场较长时间约束高温稀薄等离子体使之发生聚变反应。按设计,仿星器通过模仿恒星内部的核聚变反应,将等离子态的氢同位素氘和氚约束起来,并加热至1亿摄氏度左右发生核聚变,以获得持续不断的能量。
除了仿星器磁约束核聚变装置类型外,科学家在实验中也使用环形的托卡马克核聚变装置。目前,美、英、法和中国等国都在发展托卡马克装置。2016年1月28日,中国科学院合肥物质科学研究院研制的全超导托卡马克核聚变实验装置EAST成功实现了电子温度超过5千万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。
图:“螺旋石7-X”装置首次试验产生氢等离子体
位于德国东北部城市格赖夫斯瓦尔德的“螺旋石7-X”装置在2015年12月开始运行,至2016年3月结束第一轮实验,成功制造出氦和氢等离子体。同时,经过2000多次实验,氢等离子体脉冲持续时间也从最初的半秒达到6秒。
研究人员介绍,利用4兆瓦的微波加热装置,等离子体反应器内温度迅速升高,电子温度达到1亿摄氏度,离子温度也升至1000万摄氏度。 研究人员说,第一轮实验结果超出预期,他们对此非常满意。
目前,等离子体反应装置正在升级改造,预计2017年中结束,届时“螺旋石7-X”有望能够承受更高温度并将等离子体脉冲维持10秒。按计划,经多次升级,大约4年后可实现等离子体脉冲持续30分钟。 “螺旋石7-X”由德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所承建,项目投资超过10亿欧元,耗时9年的设备组装工作直至2014年才完成。
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