这一计划的正式名称是国际热核聚变实验堆项目(简称“ITER”),俗称“人造太阳”计划。基于核聚变反应堆的聚变电站是xxx类未来能源问题的一个希望。
科学家设想,核聚变产生的能源能够走入寻常百姓家,人类一开灯,就是核聚变产生的电力。
中国在这一研究领域已经进入了国际先进水平。1月13日,xxx总书记来到位于安徽合肥的中国科学院等离子体物理研究所,详细了解这里的超导托卡马克核聚变实验装置的有关科技问题。
“人造太阳”计划离真正的商业运行有多远?在能源危机日趋严重的今天,核聚变研究对于{zj2}xxx类能源问题有何意义?近日,本报记者来到合肥“科学岛”进行采访。
近日,ITER项目即将在法国动工的消息,让“人造太阳”计划进入公众视野。位于安徽省合肥市西部的“科学岛”,吸引了众多关注者的目光。
人造太阳
核聚变装置工作原理和太阳工作原理相似,能量能转化为电能
“科学岛”是中国核聚变研究的重要基地,世界上{dy}台全超导托卡马克核聚变(EAST)实验装置就是在这个岛上研制成功的。
一年多以前,中国科学院等离子体物理研究所历时8年研究开发的EAST实验装置首次成功试验。通过这一装置,科学家能够对受控核聚变开展探索性的实验研究,从而为未来稳定、安全、高效的商业核聚变堆提供物理和工程技术基础。
EAST超导托卡马克运行总负责人、东华大学教授罗家融解释说:“从能量概念的角度,这个装置被形象地称为人造太阳。太阳是一个巨大的发光体,同时释放出大量能量。核聚变装置就是要模仿太阳的环境,使之产生核聚变反应,产生中子,然后释放出能量。”
核聚变装置的工作原理和太阳有着异曲同工之妙。太阳巨大的能量来自核聚变反应。在太阳的中心,温度高达2000万摄氏度,在高温高压条件下,氢原子核聚变成氦原子核,并释放出大量能量。
科学家发现,在人类比较了解的聚变反应中,氢的两种同位素氘和氚的聚变效率{zg},氘和氚结合变成氦,同时能释放出巨大的能量。这些能量在转化后,可以成为电能等各种能量。这就是人造太阳的原理。
但“人造太阳”并非高高悬挂在空中,而且EAST实验装置与真正的人造太阳相差甚远。EAST实验装置的核心部件是一个高12米、重400多吨的落地圆柱体大容器,它被安置在一栋封闭的建筑物内。
昂贵设备
建成花了3.2亿元,外围装备花了1.95亿元,每年需要3600万元运行费
1月17日,记者走进EAST实验大厅,工作人员正在忙碌着。几天前,xxx总书记来到这里,详细了解超导托卡马克核聚变实验装置的科技问题。
记者在现场看到,“人造太阳”实验装置的核心部件是一个巨大的容器。在这个大容器的附近,放置着一些辅助设备。“几年后如果你再来,你会看到在核心部件的旁边,铺满了各种各样的外围设备。”罗家融说。
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合肥“科学岛”上的超导托卡马克核聚变装置。
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罗家融在EAST实验装置前。
罗家融告诉记者,这个实验大厅于2001年开始建造,包括设备所在的大楼在内,共耗费了5年的建造时间。大楼的顶层和天花板都浇注了水泥,在顶层和天花板的水泥之间,灌注了1米深的水。“水是用来防范中子辐射的,它吸收中子辐射特别快。”罗家融解释说。而在大厅的下方,还有4米深的地下室。
解决能源危机
“人造太阳”一旦商用化,人类将不必再担心能源问题,但它不是永动机
“这是一个耗资巨大的项目,从申请到建成,花了3.2亿元人民币。后来又申请了1.95亿元做外围装备。此外,每年需要大约3600万元的运行费。它一运行,就要持续两个月。今年5月份开始,它要开始做实验。”罗家融告诉记者。
“人造太阳”项目一旦实现商用化,人类将不必再担心能源问题。在投入商业运行之后,只要往设备不断输入氘和氚,在里面发生聚变反应,它就能源源不断地释放出能量,而氘可以从空气中提取,氚可以从海水中提取,廉价而且数量丰富,可以给人类使用1亿年。因此,设备也就永远转下去。
罗家融告诉记者:“从这个意义上说,核聚变是xxx类能源问题最关键的最终的一步。关于这一点,没有哪个能源学家会反对。”
“但人造太阳是永动机的概念并不成立,因为需要注入氘和氚,氘和氚就是能量,而永动机是不需要能量给予的。”罗家融强调。
罗家融和他的同事们研制的EAST试验装置具有国际先进水平,是世界上{dy}个全超导非圆截面核聚变实验装置,它的影响力已经辐射到了法国马赛市郊的卡达拉舍。
多国参与
“人造太阳”的实验堆将耗资100亿欧元,中国承担占总投资9%的费用
卡达拉舍是ITER实验堆的建造地。2008年开始,ITER计划进入正式实施阶段,实验堆将在这里动工建造。ITER计划预计持续35年,前10年用于建设反应堆;后20年用于操作实验;{zh1}5年是将实验的反应堆活化、拆除。在今后35年间,这个“人造太阳”的实验堆将耗资100亿欧元以上。中国最终承担占总投资9%的费用,约合100亿元人民币。
实际上,ITER计划也是迄今为止中国参与的最昂贵也{zj1}挑战性的大科学工程国际合作项目,目前由欧盟、中国、日本、美国、俄罗斯、韩国、印度七方共同参与,利用磁约束等离子体进行受控聚变研究。
即将建造的ITER装置和EAST极为相似,好比是一个放大版。“和现在的EAST相比,ITER装置要大5倍。而预研堆比ITER装置还要大5倍。”罗家融告诉记者。在今后ITER建造的10年中,中国将支持在EAST装置上进行前期研究开发,为ITER装置的运行和开发做好相关准备。中国科研人员将根据“采购包”的要求,制造各类部件,运往卡达拉舍。