美國計劃15年內建成全球首個核聚變電站

作者:Camille 發表日期:2018-07-16 14:31:22

利用核裂變原理,人類已建造了幾百個核電站。現在,開始向核聚變利用進軍。

據英國《衛報》等多家外媒報道,美國麻省理工學院(MIT)正在開展一項核聚變研究項目,計劃在未來15年內,建成全球首個核聚變發電站,並讓其連接上電網。該座核聚變電站設計功率為200兆瓦。 

該項目由麻省理工學院和一家私人企業CFS(Commonwealth Fusion Systems)合作開發,目的是將核聚變從昂貴的科學實驗階段,轉化為具有經濟性的商業項目。 

麻省理工學院表示,項目吸引了意大利能源公司埃尼(ENI)前來投資。ENI已向CFS公司投資了5000萬美元,其中3000萬美元將用於麻省理工學院未來三年對該項目的研究。

人類開發核能的途徑主要有兩條——重元素的裂變和輕元素的聚變。核聚變產生巨大的能量高於核裂變,一直以來被科學界視為人類的終極能源。一公斤核聚變燃料所產生的電能等同於1.1萬噸煤炭,且核聚變所需的燃料氘、氚,在自然界中儲存量十分巨大,海水中就能提取。

但是,核聚變具有很強的不可控制性。

人類對聚變反應的控制,目前主要是依靠一種環形容器,通過約束電磁波驅動,創造氘、氚實現聚變的環境和超高溫,實現受控核聚變。這種裝置被稱為托卡馬克(Tokamak),名字來源於其關鍵詞——環形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、線圈(kotushka)。

二十世紀末,科學家們又將新興的超導技術用於托卡馬克裝置,產生了超導托卡馬克裝置。其仿造原理為太陽內部的熱核聚變反應,因此業內將這種裝置稱為「人造太陽」。

麻省理工學院在托卡馬克裝置的基礎上進行了延伸,計劃建設一個緊湊型聚變實驗裝置 SPARC。SPARC的關鍵是建立一種強大的超導電磁鐵。麻省理工學院與 CFS團隊計劃用三年時間完成對超導電磁鐵的研究。

據麻省理工學院介紹,製造該超導磁鐵的超導材料,是一種塗覆有釔-鋇-氧化銅(YBCO)複合材料的鋼帶。該材料的使用,能夠使超導磁鐵具有磁場強度高、成本低等優勢。

目前,中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國正在進行一項名為「國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃」的項目,相當於建造一個大規模的「人造太陽」。

根據ITER項目規劃,2007-2025年為建造階段,2025年底實現第一次點火,2035年進入運行階段,最終在2050年前後實現核聚變能商業應用。

這一工程涉及包括歐盟、中國、美國、日本、俄羅斯等國在內的七方。中國於2003年加入ITER計劃,並將承擔ITER裝置中137個採購包製造任務的12個,接近總任務量的10%。

同時,中國也在製造自己的「人造太陽」——全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST。去年7月,EAST在全球首次實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行,創造了新的世界紀錄。

核工業西南物理研究院副院長段旭如此前表示,經過近十年,中國對核聚變的技術研究,已經從過去的「跟跑」,到目前部分技術實現了「領跑」。

3月18日,據《科技日報》報道,從中科院合肥物質科學研究院獲悉,該院核能安全所以中國抗中子輻照鋼(即CLAM鋼)為原料,利用3D打印技術實現聚變堆關鍵部件——包層第一壁樣件的試製,並對其組織和性能進行了研究分析。

這是中國首次實現聚變堆關鍵部件樣件3D打印。該研究表明,3D打印技術在聚變堆等先進核能系統複雜構件製造方面具有良好的應用前景。


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