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目前中国尚未研究出可控核聚变技术。
简介:
核聚变是一种能源产生方式,通过将轻元素融合成更重的元素释放出巨大能量。可控核聚变是指能够在可控条件下使聚变反应持续进行的技术,被认为是未来清洁能源的希望之一。
核聚变的挑战:
要实现可控核聚变技术并不容易,因为它面临着多个困难。首先,要在高温高密度等极端条件下将氢等轻元素聚变起来非常困难。其次,聚变反应需要长时间稳定运行,需要解决连续供给燃料和处理产生的废物等问题。此外,需要解决聚变中释放出的高能中子对反应堆材料的损伤问题。
实现可控核聚变的研究进展:
目前国际上有几个大型科研计划致力于可控核聚变技术的研究。ITER(国际热核聚变实验堆)项目是其中最具代表性的一个,中国也是该项目的合作伙伴之一。ITER计划通过建立一个大型聚变实验堆,探索可控核聚变技术的可行性,并为下一代商业化聚变电站提供经验和数据。
中国在可控核聚变领域的研究:
中国在可控核聚变领域也进行了积极的研究工作。中国目前拥有东方超环(EAST)实验装置,它是一个托卡马克型聚变实验装置,被用于研究聚变等等物理过程。此外,中国还启动了CFETR(中国聚变工程试验堆)项目,旨在建设一座中型聚变堆用于可控核聚变技术的研究和开发。
中国的聚变研究成果:
中国的研究人员在聚变领域取得了一些重要的科学突破。例如,在EAST实验装置上成功实现了长时间高离子总流能量运行,为聚变研究提供了重要参考。此外,中国的研究人员还开展了聚变材料和技术研究,以解决高能中子给反应堆材料带来的挑战。
未来展望:
虽然中国在可控核聚变领域取得了一些进展,但要实现可控核聚变仍然面临巨大挑战。聚变技术的研究需要更多的时间和资源,并需要国际合作。预计未来几十年内,随着科学技术的不断发展,可控核聚变技术有望取得突破,并为人类提供清洁、可持续的能源解决方案。
我们都知道可控核聚变很重要,如果能迈过这个坎就是人类文明进步的一大步。同时大家也都明白,可控核聚变实现起来很难。就好像谭咏麟永远25岁一样,关于可控核聚变有个永远50年的梗--不管到了什么时候,你都可以说,可控核聚变还有50年就能实现了。
核聚变发电原理图
不过最近,2020年9月29日,美国麻省理工学院MIT冒出来一个消息,MIT将和一个叫做Commonwealth Fusion System的私人机构,从2021年开始建设一个核聚变反应堆,预计到2025年建成,用于验证技术,最终在2035年左右实现商业性可控核聚变发电。
MIT校园
不是说好五十年之后吗?怎么突然变成15年了?幸福来得太突然,让大家有些措手不及。兴奋之余,MIT到底靠不靠谱啊?
先讲讲可控核聚变的基础知识,再看看MIT的说法是不是靠谱。
1、 可控核聚变
核聚变大家都了解是怎么回事,比如太阳上就发生着核聚变,氢弹爆炸也属于核聚变。核聚变简单来说就是原子核融合的时候,比如氢原子融合成氦原子,会释放出能量。而我们所说的可控核聚变,是希望核聚变在人类的控制下按照期望的速度发生,从而将释放出的能量为人类所利用,比如用来发电。
人类1952年爆炸第一枚氢弹
实现核聚变从原理上来说不难,只要把原子核凑在一起,有足够的温度和密度,聚变就会发生。1957年,英国科学家John D. Lawson提出了著名的劳森判据,作为核聚变能否发生的条件,后来人们把劳森判据表达成三重积的形式:简单来说,温度、密度和约束时间三者的乘积大于一个阈值的时候,就达到了核聚变的条件。氘氚聚变是最容易实现的核聚变,因为它的阈值最低,为3x1021 keV s/m3。
氘氚聚变是最容易实现的核聚变
氘和氚都是氢的同位素,氘由一个质子和一个中子组成,原子量为2,写成2H;氚比氘多一个中子,原子量为3,写成3H。氘和氚融合的时候,会形成一个氦原子4He并释放出一个中子和能量。
从工程的角度来说,需要大约1亿度的温度,和每立方米2~3x1020以上的等离子密度,再把这些等离子长时间约束在一个空间内,慢慢进行核聚变。因此可控核聚变的核心问题就是:如何把这么高温度的离子高密度且长时间地聚集在一起。
通常有两个办法,一种叫惯性约束,使用激光轰击微型小球,压缩里面的氘氚1:1混合等离子体,就是所谓的激光点火。这种方法从发电角度来看,以当前技术水平不太实用,不细说了。对发电来说比较有希望的方法叫磁约束,就是通过磁场把带电的离子束缚在一个空间区域内,不与外界直接接触,这样反应堆容器外壁的温度也就是1000度的样子,在人类材料所能承受的范围内。
线圈
只要学过中学物理就知道,给线圈通上电流,线圈就会产生磁场,这样的磁场就可以用来约束离子体。这就是磁约束的基本原理,人们把这样的核聚变装置叫托卡马克。
通电线圈中的磁场
因此,托克马克本质上来说就是一个常做成环形的大线圈,里面约束着高温、高密度的等离子体。
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