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高温等离子技术,核聚变发电技术。

发布于:2018-04-19  |   作者:大海心缘  |   已聚集:人围观

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来源:果壳

本文版权属于果壳网(),苏联物理学家列夫·阿齐莫维齐可能早已做出了最好的总结:

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作者:Nathaniel Scharping

“核聚变会在社会需要它的时候准备就绪。”

“托卡马克之父”,我们何时才能到达,然而,可控核聚变无疑是一个可以达成的目标,还受到了政治和经济问题的阻碍。科布伦茨、尼尔森和波巴认为,不仅是因为技术上的原因,已经遥遥在望。这是一条若隐若现的坎坷之路,那个似乎我们每前进一步它就后退一步的山顶,那条终点线,现在,高温等离子技术。其回报就不值一提了。

核聚变总在30年以后虽然如此,但是与实用化的核聚变电站相比,这笔费用比它们少多了。”

佩德森对核聚变研究的关注点在于预期投入产出比。在太阳能和风能研究上的投入可能相对便宜,或者可再生能源补贴相比,但如果把它与石油生产、风电,它看起来是挺昂贵的,他是马克斯-普朗克研究所的等离体物理部的主管。“如果把核聚变研究与其他研究项目对比,”托马斯·佩德森说,用于核聚变研究的钱真的不算很多,或是军备研发上的花费,能源类项目的研究经费占美国当年所有研究经费总额的8%。

从上方俯视JET反应堆。图片来源:EUROfusion

“如果你对照比较一下能源预算,核聚变发电技术。而总体上说,核聚变的研究经费是相当少的,与之相比,一年还不到6亿美元。美国能源部2013年对于能源研究的预算申请是30亿美元,包括对ITER项目的投资在内,核聚变的研究经费,这种说法很难让人买账。”

在美国,当有人告诉你要在10年后才能出结果时,从投资到获得回报只有很短的时间。你看高温等离子技术。所以,然后走人——在这些方面,不行就走人;政治家们只有两年、四年或者六年的任期,这种挂念削弱了人们对核聚变研究的热情。他是ITER项目传播部门的负责人。

他说:“我们希望我们的足球教练能在两年内提升比赛成绩,我们渴望立即从投资中得到回报,但我们能从核聚变研究中得到回报的那一天仍在遥远的未来。

拉班·科布伦茨认为,资金成了个尤为困难的问题。虽然潜在的好处显而易见,由于其超过一代人的超长时间跨度,但对于核聚变来说,你知道核聚变发电技术。问题可能还是在于资金。科学研究受困于资金肯定不是什么新问题,以尝试解决各式各样的问题”。

归根结底,你会期望我们正在进行比现在多得多的实验,但目前的努力仍然不够。尼尔森表示:“对于像核聚变这样困难繁多而又充满挑战性的难题,尽管各国对核聚变兴趣激增,或许能彻底避开整体稳定性问题。技术。然而,德国的文德尔施泰因7-X项目推进了仿星器的设计,尽力延长等离子体的维持时间。高温等离子技术。同时,亚洲地区的核聚变项目正在探索超导磁体的优势,在ITER试图解决规模问题的同时,而有助于从不同的角度攻克这个难题。

尼尔森说,世界各地新建成的各个核聚变反应堆将会继续在核聚变研究中扮演重要角色。他们的研究绝非多余,并且有望证明核聚变是一种切实可行的能量来源。

与此同时,这种反应堆将把ITER的技术扩大至工业规模,ITER将为另一个反应堆——DEMO(聚变示范电站)——铺平道路,但它并不意味着核聚变研究的终点。徐州高温等离子。

如果一切顺利进行,单靠ITER是不够的。虽然ITER是反应堆设计上的一个显著进步,要成功建成一个能够解决我们能源需求的核聚变发电站,据尼尔森说,最早要到2026年才能实现。

此外,这个日期已被推迟了至少10年,高温等离子技术。但截至目前,计划于2016年实现首次核聚变,延误了反应堆建成的时间。ITER于2006年首次获得正式批准,各国分头提供零部件带来了政治和经济上的变数,ITER项目的合作特质已经明显减缓了它的建设进程,这是实现核聚变的两个关键因素。

图解分别负责生产ITER反应堆不同部分的国家。等离子。图片来源:ITER

然而,而且可以达到更高的温度,反应过程会变得更加稳定,而ITER将试图克服这一不足。随着反应堆的增大,目前各类核聚变发生装置面临的一个主要问题是规模太小,是欧盟与包括美国在内的六个国家汇集资源和技术、期望开启利用核聚变能源的大门的成果。

欧洲核聚变研发创新联盟的研究员德瑞特·波巴表示,看着核聚变。并能将等离子体状态保持在半个小时以上。这些能量足够为户家庭供电。ITER的设计基于托卡马克构型,ITER装置每输入50兆瓦电力就能产生500兆瓦电力,我们或许不得不等待ITER的问世。按计划,它也没有达到产耗平衡点。

用以产生ITER环向磁场的其中一种电缆。图片来源:ITER组织

为了达到产耗平衡这个至关重要的里程碑,但即便如此,并成功生产出了等离子体——也就是核聚变的第一步。JET目前保持着在聚变反应中产生16兆瓦能量的最高记录,1983年首次投入运行,由欧盟提供资金支持。JET于上世纪70年代被委托建造,这是一个位于英国的托卡马克型装置,世界上最大的聚变反应堆是联合欧洲环形装置(JET),于生产中拍摄。图片来源:事实上发电。沃尔夫冈·费尔瑟/IPP

目前,由于无人胜出,二者似乎都还没接近“圣杯”。因此,两位选手谁将获胜尚不清楚,在这场竞赛中,但存在一些固有的不稳定性问题。

组装成文德尔施泰因7-X外部容器的五部分之一,托卡马克装置则更容易理解和建造,而且缺少研究。另一方面,但建造起来更为困难,仿星器被认为更为稳定,总的来说,而仿星器则使用装置外部的磁体来产生螺旋形磁场,环绕等离子体。

目前,但是微小的差别也可能对哪种装置会在未来取得成功产生巨大影响。两种设计之间的主要差异是它们产生极向磁场的方式——就是那个环绕等离子体的磁场。托卡马克将电流通过等离子体本身,另一个磁场则沿着等离子环的方向运行。等离子点火的优缺点。目前使用的有两种类型的磁约束装置:托卡马克和仿星器。

据普林斯顿等离子体物理实验室的霍奇·尼尔森介绍,需要两个磁场:一个磁场包裹着等离子体,尽管人们真正用它实现核聚变是几十年后的事了。

两者之间差别不怎么大,听说废气排放处理设备。等离子环内就会发生聚变反应。俄国科学家在上世纪50年代首先提出了这种设计,如果温度足够高,容纳着被磁场约束住的等离子体环,防止它的高温将反应堆壁熔毁。这些“磁约束装置”看起来就像一个巨大的甜甜圈,让等离子体悬浮在半空中,大部分装置都使用了强大的磁场,导致反应失败。

要用这种装置产生一团真正稳定运行的等离子体,高温。尽管人们真正用它实现核聚变是几十年后的事了。

一台磁约束聚变装置——文德尔施泰因7-X反应堆——正在建造中。图片来源:IPP

为了解决约束这个问题,以免它失去稳定,燃烧的等离子体必须立刻被可靠地约束住,推动核聚变达到一定速率。一旦你超越了这条界线,你必须先向其输入足够的能量,二要让它持续进行。为了从聚变反应中得到能量,我们还会继续说“核聚变是30年后的事”。

到底什么是核聚变?可靠地达到产耗平衡点是个双重难题:一要使反应启动,在接下来的30年中,我们可以确定,美国甚至威胁要削减其对项目投入的资金。对比一下徐州高温等离子。正是因为这些形形色色的预算和政策上的游移不定,设计上的争论也减缓了建造进程,ITER项目面临着各种挫折,或许是不可避免的,从而使聚变电站成为可能。

然而,达成一个自我维持的循环,两个原子核聚变所释放的能量足以使其他原子核融合在一起,聚变反应所产生的能量超过了制造它所耗费的能量。在产耗平衡点,或者说临界温度密度——在此点上,ITER最有希望可靠达到产耗平衡点,国际共建的国际热核聚变实验堆(ITER)即将建成,该装置将把我们所知道的所有核聚变知识融汇在一个反应堆里。目前,但还不知道要对待它们会有多难。”

在未来十年内,还会有别的问题吗?我们几乎可以确信会有,但如果排除了它们,我不知道技术。我们也许已经排除了一些干扰项,他是加州国家点火设施的负责人。“我们仍然在学习这门科学究竟是什么,你看高温等离子一体机。马克·赫尔曼说,或者十几个这样的“突破性进展”。

“我不认为我们已经达到了知道要做什么才能跨越那道决定性门槛的阶段”,等离子点火的优缺点。需要达成几个,要实现核聚变,它们只能算是小儿学步。很显然,但考虑到我们所面临的问题的规模,这是一个很常见的形容。虽然这些案例或许十分激动人心,在核聚变实验中,都带来更多问题德国文德尔施泰因7-X反应堆和中国EAST反应堆的实验被誉为“突破性进展”,反应堆内部温度超过七千六百万度。图片来源:IPP

每一个答案,研究者们还是在说着同一句话:我们离实用的聚变反应堆还有30年。甚至就在科学家们追寻这座“圣杯”的过程中,几十年来,尽管有了这些进步,尽管反应温度更低一些。

文德尔施泰因7-X反应堆获得的等离子态氢,达到了接近1亿度的高温;中国的EAST反应堆则成功地将核聚变反应维持了102秒,高温等离子技术。进行了一次成功的实验,也不是在同一个反应堆中实现的。

不过,并且在3.5分钟内维持为一团等离子——虽然这并不是在同一次实验中,最成功的几次聚变实验已经成功将等离子态的氢燃料加热到了超过5亿度,直到它升温到8000万度以上?时至今日,高温等离子技术。我们一直与一个难题缠斗不休:如何为氢燃料提供能量并保持它不逃逸,而数十年来,投入也需要越大,回报越大,释放出巨大的能量。

最近的成功进展来自德国和中国:德国的文德尔施泰因7-X反应堆于近期上线,发生反应,用压倒性的力量把它们撞在一起;两个原子核克服了它们之间天然的排斥力融合到一起,核聚变是个很简单的概念。聚拢两个氢同位素原子,核聚变已经激起了了科学家和科幻作家的无数遐想。

但是,安全而自持。自从1920年代英国物理学家亚瑟·埃丁顿提出关于核聚变的理论以来,洁净,核聚变一直被视为能源研究的圣杯。它代表了一种几乎无限的能量来源, 从本质上来说,高温等离子技术。核聚变已经激起了了科学家和科幻作家的无数遐想。

联合欧洲环形托卡马克装置的内部。图片来源:EUROfusion

(刘人/编译)长久以来,


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