「科技探索」一分鐘了解最新科技,中國可控核聚變最新研究成果

2020-12-22 三莫說道

什麼是可控核聚變?

核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核,並釋放出能量的過程。

自然界中最容易實現的聚變反應氫的同位素——氘與氚的聚變,這種反應在太陽上已經持續了50億年。

可控核聚變俗稱人造太陽,因為太陽的原理就是核聚變反應。(核聚變反應主要藉助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射,不產生核廢料,當然也不產生溫室氣體,基本不汙染環境)

人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。

科學家們希望發明一種裝置,可以有效控制「氫彈爆炸」的過程,讓能量持續穩定的輸出。

核能包括裂變能和聚變能兩種主要形式。

裂變能重金屬元素的原子通過裂變而釋放的巨大能量,已經實現商用化。因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少,而且常規裂變反應堆會產生長壽命放射性較強的核廢料,這些因素限制了裂變能的發展。

另一種核能形式是目前尚未實現商用化的聚變能。

實現可控核聚變將會為人類的生活帶來什麼好處?

氘在地球的海水中藏量豐富,多達40萬億噸,如果全部用於聚變反應,釋放出的能量足夠人類使用幾百億年,而且反應產物是無放射性汙染的氦。

另外,由於核聚變需要極高溫度,一旦某一環節出現問題,燃料溫度下降,聚變反應就會自動中止。也就是說,聚變堆是次臨界堆,絕對不會發生類似前蘇聯車諾比核(核裂變)電站的事故,它是安全的。

因此,聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。

從某種意義來說,核聚變的商業化一旦完成,將會為人類打開一個新時代。

也正因此,各科技大國都在努力早日實現可控核聚變的商業化而努力。

核聚變材料來自於大海中的氘和氚,一公升海水可以換算成三百公升汽油。

可控核聚變所帶來的清潔能源價值,從某種意義來說,將會為人類提供近乎無限的能量源。

而伴隨著無線能源的到來,生活成本將會急劇降低,汽油煤炭時代將會結束,電能將代替一切能源。

而這種只會發生了科幻小說中,堪稱夢幻般的技術,在不就得將來將會被真正的實現。

我國的可控核聚變研發歷程。

1965年,根據國家「三線」建設統一規劃,在四川省樂山市郊區,建立了當時中國最大的核聚變研究基地——西南物理研究所,這也是中核集團核工業西南物理研究院(以下簡稱「核西物院」)的前身。

而中國核聚變研究史上的重要裡程碑,當屬1984年中國環流器一號(HL-1)的建成。這是中國核聚變領域的第一座大科學裝置,它為中國自主設計、建造、運行「人造太陽」培養了大批人才,積累了豐富經驗。

上世紀80年代,作家莫然曾造訪位於108級石梯之高的荒山上的研究所。據她回憶,剛搬遷至樂山時,所裡條件簡陋,可謂一貧如洗。研究者缺乏住所,甚至只能睡在帳篷裡。但中國可控核聚變研究的「搖籃」恰恰是誕生在這樣艱苦的環境中,這離不開研究者開荒拓土、篳路藍縷之功。正如莫然所說:「儘管研究所的房間就像山洞一樣,但我們的科學家具有舍己的奉獻精神,就在那樣的環境中,他們製造出了『中國環流器一號』,光設計圖紙就有3層樓那樣高。」

從此,中國磁約束聚變一步步從無到有,從小到大,從弱到強。

1995年中國第一個超導託卡馬克裝置HT-7在合肥建成;2002年中國建成第一個具有偏濾器位形的託卡馬克裝置中國環流器二號 A(HL-2A)

2020年12月4日14時02分,中國環流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成並實現首次放電。

HL-2M裝置的建成,表明我國掌握和擁有了大型託卡馬克裝置的設計、建造、運行經驗和技術,為我國核聚變研究的發展提供更廣闊的空間,將為我國未來核聚變示範堆和商業堆的自主設計與研發製造打下堅實基礎。我們距離「人造太陽」的夢想更近一步。 [2]

HL-2M裝置是實現我國核聚變技術高質量發展的重要依託,將使我國堆芯級等離子體物理研究及相關關鍵技術達到國際先進水平,成為中國攜手世界核聚變能開發的國際合作平臺。面向全球,它將吸引和集聚國際核聚變高端人才,培養造就一批具有國際水平的核聚變科技領軍人才與高水平的創新團隊,形成一批具有國際影響力的標誌性科技成果。

相關焦點

  • 真正的頂尖黑科技,世界各國可控核聚變技術哪家強?
    核聚變作為「來自未來」的能源,相比如今已有的能源,可利用的能源密度更高,幾乎可以將能源成本無限降低到零。然而,世界各國都沒有完全掌控可控核聚變技術,更談不上利用核聚變發電。那麼,世界各國的核聚變研究的情況如何?通過本文來盤點一下。
  • 六天,逆轉中國核聚變命運,美國也無能封鎖!
    於是,人類的核聚變研究基本跨入了「託卡馬克時代「。然而,可控核聚變還沒成功,蘇聯自己倒先「劇變」了。90年代,俄羅斯掙扎在「休克療法」中,經費斷裂、人員流失、工作混亂,各科研單位自顧不暇,可控核聚變研究陷入停滯。
  • 人類為什麼要研究可控核聚變?
    歡迎大家閱讀本期的鵬楊科普,在前兩天的文章中給大家說了一下人造太陽的事情,其中我們說到了可控核聚變的問題,但我們並沒有談到可控核聚變的用途,沒有說到我們人類為什麼要花這麼大的精力去實現可控核聚變,若是實現了到底能有什麼作用?本期的內容我們就主要來說說可控核聚變的用途。
  • 早上嫦娥5號返回,上午量子計算機,下午可控核聚變,中國發生啥大事?
    嫦娥五號在月表展示國旗 早上嫦娥五號返回,上午量子計算機,下午可控核聚變,中國發生啥大事了?這樣的「科技轟炸」,讓看客一天都忙不過來。
  • 如果人類實現了可控核聚變,還需要建造戴森球嗎?必需要走的路
    相信很多朋友已經想到了,是可控核聚變。核能相信大家都知道,它可以說是人類進入科技時代以來,發現並開始應用的最強大能源。核能的應用分為兩種,一種是核裂變,一種是核聚變。核裂變就是類似於原子彈這種爆炸級別,目前我們已經可以在工業上應用核裂變,比如核電站。
  • 「人造太陽」背後,國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)正式開始組裝工作
    當時,美國、歐洲共同體、蘇聯和日本等國家都在進行核聚變相關研究,但研究的經費超過了任何一個國家的預算,所以才有了這一國際合作項目的誕生。2006 年,歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度作為聯合參加 ITER 項目的國家正式籤署了一系列相關協議,項目才算真正啟動。按照預期,ITER 將持續 30 年左右:10 年用於建設,20 年用於運行。
  • 假如人類徹底掌控了可控核聚變,未來的世界將會發生什麼變化?
    當然,這一天的到來還有點遠,但可控核聚變的技術正在飛速發展中,也許我們有生之年就能夠享受到這項技術穩定發電帶來的便利。我們不妨先了解一下核聚變的相關知識。 什麼是核聚變? 核聚變的原理並不複雜,人類在20世紀30年代就開始進行核能相關理論的研究,並且以此為基礎研製了原子彈與氫彈等武器,其中原子彈是核裂變反應的典型應用,而氫彈是核聚變反應的產物。
  • 當人類徹底掌握可控核聚變技術後,未來世界會發生什麼變化?
    我們不妨先了解一下核聚變的相關知識。什麼是核聚變?核聚變的原理並不複雜,人類在20世紀30年代就開始進行核能相關理論的研究,並且以此為基礎研製了原子彈與氫彈等武器,其中原子彈是核裂變反應的典型應用,而氫彈是核聚變反應的產物。
  • 有人說如果可控核聚變成功了,一度電連一毛錢都不到,可能嗎?
    從上世紀五、六十年代開始,科學家們就在如何創造這種可控的核聚變環境而不懈努力。按照太陽內部核聚變的激發條件,當兩個輕原子相互的距離非常靠近,達到10^-15米級別時,便會有機率發生量子隧穿效應,一個原子核中的質子會突破原子間的庫侖斥力,進入另外一個原子核中,從而形成新的原子,激發出核聚變的序幕。
  • 中國核聚變發展取得重大突破
    中國核聚變發展取得重大突破新一代「人造太陽」裝置——中國環流器二號M裝置建成並實現首次放電中國電力新聞網記者 白宇  記者從中核集團獲悉,12月4日14時02分,新一代「人造太陽」裝置——
  • 可控核聚變誕生:10克燃料養活全世界
    因為MIT要搞的,是人類史上第一個可控核聚變發電站。(蘇聯「沙皇炸彈」試爆時的蘑菇雲)想要讓核聚變發電,首先得找個東西把聚變材料裝起來。但可控核聚變本質上就是人造太陽,常規材料肯定裝不住。上世紀50年代,幾位蘇聯科學家提出用巨大的磁力來約束帶聚變燃料。這個理論成了可控核聚變的設計基礎,一直被沿用到今天。
  • 中國掌握可控核聚變技術,印媒:鋼鐵衣以後也是「中國製造?」
    核能發電,作為繼蒸汽機和然後發電機後的世界又一新型發電方式,是當下世界各國都在研究的難題。人類此前對核能的掌控是十分粗淺的,僅利用到原子核裂變時釋放的動能轉化為熱能,再用這一熱能去燒水轉化為動力,將其形容成一個大號的蒸汽機一點沒錯。
  • 全超導託卡馬克核聚變實驗裝置
    由於核裂變的汙染特性,可控核聚變是未來和平發展核能的終極方式。1968年8月在蘇聯新西伯利亞召開的第三屆等離子體物理和受控核聚變研究國際會議上,蘇聯的T-3託卡馬克上實現重大突破,在國際上掀起了一股託卡馬克的熱潮。
  • (年終報導)(17)奇蹟2020:科技自立自強
    新華社照片,北京,2020年12月18日 奇蹟2020:科技自立自強 12月4日,我國新一代可控核聚變研究裝置
  • 人類掌握了可控核裂變,為啥還要艱難開發可控核聚變,有意義嗎?
    簡單的說,就是可控核聚變比可控核裂變厲害多了,好處多多了。而且可控核裂變無法從根本上解決人類發展進程的能源危機,只有可控核聚變才能夠真正解決這個發展瓶頸。人類對能量的認識和利用是逐步推進的。在猿人時代,人類的祖先們茹毛飲血,連最基本的能源都不知道。
  • 如果實現了可控核聚變,人類生活會變成什麼樣?
    可控核聚變技術,就是其中最具潛力的一個。所謂可控核聚變,也就類似於現在太陽的燃燒方式。太陽內部其實一直在進行核聚變,並向外界散發能量,人類研究的可控核聚變技術也有一個形象的名字,叫做「人造太陽」,是一種無限接近永動機的理想能源。作為可控核聚變原料的氘和氚在海洋裡有很多,至少能用幾百億年,可以說是取之不盡、用之不竭的。
  • 在地球上「種太陽」:一文讀懂核聚變和ITER的前世今生
    在介紹ITER計劃之前,大致了解核聚變研究和及其歷程是有必要的。一、核聚變簡介首先,按照定義:核聚變,即輕原子核(例如氘和氚)結合成較重原子核(例如氦)時放出巨大能量。因為化學是在分子、原子層次上研究物質性質、組、結構與變化規律的科學,而核聚變是發生在原子核層面上的,所以核聚變不屬於化學變化。
  • 中國核聚變獲重大突破,曾經拒絕中國的西方國家,如今後悔嗎?
    中國可控核聚變近日首次放電,新一代的「人造太陽」,成為這一領域的領頭羊。但是在之前,中國曾因為美國,而被攔在「人造太陽國際俱樂部」的門外。
  • 可控核聚變為什麼是終極能源?
    最近中國科學界可謂捷報連連,嫦娥取土待歸、九章計算出世、可控核聚變也有重大突破,前兩個都談過了,今天就來談一談可控核聚變,俗稱人造太陽,提到核聚變,許多人自然就想到了核裂變,我也簡單說一說。但核聚變產生的廢料半衰期很短,基本上聚變之後產生的廢料在短時間內就會衰變成穩定元素,就算是發生了核洩漏最多一公裡範圍的人進行撤離就行了,只要脫離了聚變環境 反應自己就停止了。
  • 人類研究可控核聚變使用的是氚–氘,可以使用其他元素嗎?
    理論上任何低於鐵的元素都可以進行核聚變反應,並釋放大量能量,但是目前人類引發核聚變的手段,主要靠提高溫度,在所有核聚變當中,氫元素的核聚變反應所需溫度最低,其中又以氘-氚的聚變最容易實現。相比之下,其他元素的核聚變條件更高,比如在大質量恆星的內部,擁有比太陽內部更高的壓力,其中碳的核聚變需要大約2億度,氖的核聚變需要10億度,氧的核聚變需要20億度,矽的核聚變需要30億度。