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核工業西南物理研究院院長劉永:我國核聚變水
作者:中糖院 時間:2020-12-07 16:33:03 瀏覽:80


 
核工業西南物理研究院院長劉永:我國核聚變水平已進入世界領先方陣  
 

“核聚變能是人類最理想的能源,而核聚變能研究則是科學界最具挑戰性的課題之一。”近日,核工業西南物理研究院院長劉永接受《中國科學報》記者采訪時如是說。

聚變是裂變相反的核反應形式,由較輕的原子核聚合為較重的原子核,同時釋放出巨大的能量。太陽發光發熱和氫彈爆炸就是這樣的原理。

劉永介紹說,核聚變的原料儲量豐富,主要是存于海水中的氘,一升海水提取的氘所能產生的聚變能量相當于300升汽油。

“作為反應物的氘和作為反應產物的氦都是沒有放射性的。”劉永表示,由于其固有的安全性、環境的友好性、燃料資源的豐富性,核聚變能被認為是人類最理想的能源。

早在上世紀50年代初,人類就實現了聚變核反應,即氫彈爆炸。但是氫彈瞬間的猛烈爆炸是無法控制的。要把聚變時釋放出的巨大能量用于社會生產和人類生活,必須對劇烈的聚變核反應加以控制。因此,實現受控熱核聚變一直是科學家們的夢想。

劉永告訴記者,核聚變反應最困難的反應條件就是需要上億度的高溫才能引起核聚變反應,如此高的溫度是用人類目前所有加熱方法所很難達到的;其二,如果要使高溫等離子體中核聚變反應能持續進行,上億度的高溫必須能長時間維持并約束在有限的空間中;其三,超過萬度以上的氣體是不能用任何材料所構成的容器約束而使之不飛散的,因此必須尋求某種途徑,防止高溫等離子體逃逸或飛散,使其保持足夠高的密度。

幾十年來,科學界一直在為實現受控熱核聚變反應的苛刻條件而不懈努力。2006年,中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國七方正式簽署實施國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃。該計劃是目前世界上僅次于國際空間站的又一個國際大科學工程計劃,七方超35個國家在法國南部參與建造世界上最大的托卡馬克型聚變實驗堆。

托卡馬克,俗稱“人造太陽”,是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環形容器??茖W家將氘和氚兩種元素注入熱核反應實驗堆的環形真空室,加熱到一億度以上的高溫,也就是太陽溫度的十倍左右,形成高溫等離子體,從而激活熱核聚變反應。

據劉永介紹,全球現在有大量的研究機構和企業正在為ITER計劃制造相關組件。其中,中國承擔了ITER裝置9%的采購包制造任務。

核工業西南物理研究院承擔了中方采購包任務中的所有涉核部件。日前,該院完成的第一壁半原型件在全世界率先通過高熱負荷測試,達到ITER要求,這標志著我國在規?;谱鱅TER第一壁技術上邁進了一大步。第一壁是ITER裝置核心部件,在運行時直接面對上億攝氏度的等離子體,保護外圍部件和設備。

“通過參加ITER計劃,使中國的核聚變水平進入到世界領先方陣。”劉永說,“現在我們自己設計、建造的實驗裝置已處于國際領先水平,比如核工業西南物理研究院的中國環流器二號及其升級版(HL-2A/HL-2M)、中科院等離子體物理研究所的東方超環(EAST)等,這些裝置使我國可以與國際一流的聚變實驗室平等交流、對話。”

據悉,目前ITER計劃已經實施到準備安裝階段。按照最新的計劃,國際熱核聚變實驗堆將在2025年12月產生第一等離子體,2035年實現滿能量熱核聚變實驗。

“從目前的情況看,核聚變能走向實際應用還有很長的路要走。”劉永坦言。


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