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什麼是磁約束可控核聚變,是否可以進行商業化發電?

2018年09月24日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 7 ℃ 次

【FrancisQu的回答(25票)】:

By 混跡於核聚變領域的電氣小混混=。 =

1.核聚變

核能包括裂變能和聚變能兩種主要形式。

核聚變,又稱核融合、融合反應或聚變反應,是將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個很輕的核(或粒子)的一種核反應式。「維基百科,自由的百科全書核聚變」。

目前開展的受控核聚變研究正是致力於實現聚變能的和平利用。其實,人類已經實現了氘氚核聚變,即氫彈爆炸,但那是不可控制的瞬間能量釋放, 人類更需要受控核聚變。

維繫聚變的燃料是氫的同位素氘和氚, 氘在地球的海水中有極其豐富的蘊藏量。特別的,聚變產生的廢料為氦氣, 是清潔和安全的。因此, 聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源這就是世界各國不遺餘力競相研究、開發聚變能的根本原因[1]。

[核聚變示意圖] [核聚變示意圖]

2.受控核聚變

受控熱核聚變能的研究主要有兩種-慣性約束核聚變磁約束核聚變

磁約束核聚變 利用強磁場將氘氚氣體約束在一個特殊的磁容器中並加熱至數億攝氏度高溫來實現聚變反應 。其設備比較大,但反應持續性能好,不需要反覆點火,但其缺點在於開、關火性能不佳,靈活度不夠,而且維持強磁場所需的電能成本也不低。磁約束核聚變適合作為核電站、大型船舶的供電系統,如ITER-ITER - the way to new energy。

慣性約束核聚變利用超高強度的激光在極短的時間內輻照氘氚靶來實現聚變。其好處在於設備可以做小,而且開、關火控制性能也比較好,但其缺點是需要消耗大量能源產生激光用來點火,而且燃料靶丸製造成本也很難降下來。 慣性約束核聚變適合在未來用於飛行器等領域[2],如美國國家點火裝置(NIF)Nature Publishing Group : science journals, jobs, and information。

3.磁約束可控核聚變

磁約束核聚變研究從上世紀 50 年代在美、英、俄、中等國開始,陸續出現了各種形式的脈衝放電和磁約束位形,經過艱難探索之後主要集中在托卡馬克、仿星器位形上,而以托卡馬克發展最快。

托卡馬克(Tokamak)裝置是實現磁約束核聚變反應的一個非常有前途的方法,而超導托卡馬克使磁約束位形能連續穩態運行,是公認的探索和解決未來聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑[1,3] 。

目前比較著名的托卡馬克裝置有 ITER、EAST、JET、JT-60SA和KSTAR。

[中國的磁約束核聚變裝置-EAST][中國的磁約束核聚變裝置-EAST]

EAST(Experimental advanced superconducting Tokamak)是世界上第一個建成並真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。該計劃於1998年得到國家的支持;2006年建造完成後於同年9月28日首次成功完成放電實驗;在2012年的實驗中創造了兩項托克馬克運行的世界紀錄:獲得超過400秒的兩千萬度高參數偏濾器等離子體;獲得穩定重複超過30秒的高約束等離子體放電[4]。

nature.com/nphys/journa

4.磁約束受控核聚變的商業化進程

儘管目前不論在磁約束核聚變還是慣性約束核聚變領域均取得了重要的進展,但是距離核聚變的商業化應用即商業反應堆的建造還有很長的路要走,這需要全世界核聚變領域的科學家共同努力!

以磁約束核聚變為例,說明磁約束核聚變的發展路線

[ 磁約束核聚變發展路線示意圖 ][ 磁約束核聚變發展路線示意圖 ]

FPP(Fusion Power Plant)是所有核聚變人的夢想!路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索!

參考資料:

[1] 李建剛, 趙君煜, 彭子龍. 全超導托卡馬克核聚變實驗裝置[J]. 中國科學院院刊, 2008, 23(5): 474-477.

[2] Hagler M O, Kristiansen M. Introduction to controlled thermonuclear fusion[J]. 1977.

[3] 丁逸驍, 朱銀鋒. 超導托卡馬克工程研究概況[J]. 低溫與超導, 2011, 39(8): 36-41.

[4] Wu S. An overview of the EAST project[J]. Fusion Engineering and Design, 2007, 82(5): 463-471.

【郭謙益的回答(0票)】:

Magnetic confinement fusion

參見:什麼是可控核聚變?實現它的難點是什麼?

標籤:-核聚變 -核電站 -核能


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