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聚变发电“人造太阳”背后的技术挑战

导读: 欧盟负责聚变研发工作的机构——欧洲聚变发展协会(EFDA)发布了欧盟聚变示范电站(DEMO)设计与开发路线图,计划于2050年建成一座未来可供工业界使用的原型聚变电站。

  据《科学》杂志网站近日报道,欧盟负责聚变研发工作的机构——欧洲聚变发展协会(EFDA)发布了欧盟聚变示范电站(DEMO)设计与开发路线图,计划于2050年建成一座未来可供工业界使用的原型聚变电站。该路线图列出了一份令人生畏的技术清单,其中包括全球聚变科学家和工程师未来数十年需要努力应对的若干技术挑战。

  ITER将是聚变发电的主要突破

  2006年,由中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国等7个成员国参加的“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”正式启动。聚变反应堆利用的是氢同位素(氘和氚)的核聚变反应所释放的能量,这也是太阳和其他恒星的能量来源。利用可控聚变能是解决全球能源和环境问题的一个重要途径,而实现聚变反应堆商业化运行需要三个阶段:即建造ITER装置并据此进行科学和工程研究;设计、建造与运行聚变示范电站;建造商业化聚变反应堆。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克,俗称“人造太阳”。其中心是高温氘氚等离子体环,等离子体环在屏蔽包层的环型包套中,屏蔽包层将吸收核聚变反应产生的所有中子。根据该计划目前的进展,建造于法国的聚变反应堆将于6年后投入运行,它被认为是人类发展聚变能的主要突破。

  在聚变反应堆中,需要利用强磁体、无线电波和粒子束等将聚变燃料等离子体压缩并加热到至少1.5亿摄氏人造太度,使等离子体发生聚变反应。这需要消耗巨大能量,但迄今为止尚没有一座反应堆能够产生净能量增益(即产出能量大于输入能量)。科学家期望ITER能够突破上述障碍,输入50兆瓦(1兆相当于100万)的能量可以产生500兆瓦的聚变功率,其持续时间可保持数分钟。但这仅是一种科学验证,ITER本身将不能被用来发电,发电重任将交给其后继者——聚变示范电站。

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