強流中子源HINEG產生十二次方氘氚聚變中子—新聞—科學網

2020-11-26 科學網
中科院核能安全技術研究所
強流中子源HINEG產生十二次方氘氚聚變中子

 

科學網訊（記者李瑜）日前，記者從中科院核能安全技術研究所獲悉，該所FDS團隊最新建成的強流氘氚聚變中子源HINEG於1月2日第I階段實驗中成功產生氘氚核聚變中子，流強高達1.1x1012n/s，強流加速器和高速旋轉靶系統實現連續穩定運行，主要實驗參數指標達到國際先進水平。

中子是核能系統運行和安全控制的「靈魂」，中子源是研究核能與核安全技術的必備實驗平臺。HINEG強流中子源通過加速器加速氘離子後轟擊氚靶產生能量為14.1MeV的聚變中子，可以用於模擬未來聚變堆內的中子環境，開展氚增殖、能量提取、材料活化與損傷、輻射防護等聚變能技術相關科學實驗。不僅如此，經過慢化的中子也可用來模擬正在發電的裂變核反應堆和未來其他先進反應堆堆內的中子環境，開展核輻射安全相關實驗研究。同時，HINEG中子源實驗平臺也可在核醫學與放射治療、核測井與探礦、同位素生產和中子照相等國民經濟和人民生活直接相關的領域中應用，帶動新型產業技術發展。HINEG裝置的建成對我國和世界核能與核技術應用研究都具有重要意義。

該項目團隊長期從事新型核能系統中子學理論和中子高效利用方法研究，取得了一系列具有重要國際學術影響的成果，創建了中科院中子輸運理論與輻射安全重點實驗室。突破了氘離子強束流傳輸、旋轉氚靶高功率散熱、聚變中子源集成測控等多項關鍵技術，成功研製了包括大功率直流高壓電源、強流離子注入系統、高壓強流加速管、高載熱氚靶、強流中子實驗系統等十餘個重要子系統、數百臺套關鍵設備，新建了兩千餘平米特種專業實驗室，獲取了一系列國家規定的專業許可證。

其中，高速旋轉載熱氚靶系統攻克了強束流轟擊下的高效散熱難題，成功將10kW/cm2熱負載條件下的靶點溫度控制在200℃以下，成為繼德國和日本後為數不多的目前可以穩定運行的高載熱旋轉靶。HINEG裝置設計參數指標處於國際領先水平，研究人員擬通過兩步實現最終目標，本次1012n/s中子的成功引出，標誌著第一階段目標已經成功實現。

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  • 化學*漢字:「字妖」——氕氘氚
    氕氘氚都是氫的同位素。 氫只有三種同位素:氕(P)原子核內有1個質子，無中子，豐度為99.98%;氘(D)(又叫重氫) ，原子核內有1個質子，1個中子，豐度0.016%;氚(T)(又叫超重氫)，原子核內有1個質子，2個中子，豐度0.004%。
  • 人類為什麼非要在「氚–氘」核聚變一棵樹上吊死?其他核聚變呢?
    人類能夠實現的核聚變主要是用的氫元素的兩種同位素氘和氚，氫元素的原子核裡只有一個質子，有一個中子的是氘，有兩個中子的是氚，沒有中子的是氕。哪些元素可以通過聚變釋放出能量，哪些元素可以通過裂變釋放出能量與比結合能有關。一般而言，比結合能越小，就越能夠聚變成新元素，並且釋放出的能量也相對較多。如下圖所示，氘的比結合能較小，非常適合用來做核聚變材料。
  • 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。目前人類使用託卡馬克裝置，能穩定且持續達到的極限溫度是2億度，而且還是在壓力不高的情況下，根本無法點燃重元素的核聚變反應；如果不考慮反應溫度，那麼人類世界就能像《流浪地球》中的那樣，燒石頭就能獲取源源不斷的能源。為何是氘-氚，而不是氫的其他同位素組合？
  • 可控核聚變鍾愛誰?氕氘氚中為何選擇了這種?
    人類非常希望有一天能夠實現受控核聚變，這樣就能夠很大程度上解決人類的能源問題。 要實現核聚變必須要滿足非常高的條件，這個條件一般是高溫、高壓。恆星的中心附近有足夠高的溫度和壓強，點燃了中心處的氫核聚變星球就可以向外發光發熱。恆星的質量小，中心處的溫度和壓強就不會很高，只能讓一些非常輕的核發生聚變。
  • 海洋中核聚變燃料氚比例有多少,未來的聚變燃料真從海水中獲取?
    但以人類重點微末道行，連最容易的氚氘聚變都無法達到！因此當前人類正在全力突破的就是氚氘聚變，那麼氚氘到底是什么元素呢？跟氫元素又有什麼關係呢？氕只有一個質子和一個核外電子；氘有一個質子和一個種子以及一個核外電子；氚有一個質子和兩個中子和一個核外電子；氚氘聚變條件是最低的，而氕聚變的條件在氫同位素中最高的！
  • 可控核聚變是什麼?將引發第四次工業革命
    除此之外，因為第一次工業革命和第二次工業革命都是能源的革命，所以許多科學家認為可控核聚變將會帶來第四次工業革命。今天我們就來了解一下可控核聚變！其中D和T分別是氫元素的同位素「氘」和「氚」，He為氦元素，n依舊是中子，則稱為核聚變。
  • 氫彈為什麼不直接用氫製造,而要用同位素氘和氚?
    首先我們要來確定為什麼非要選氫或者氫的同位素來製造氫彈，因為從理論上來看在鐵元素之前的所有元素都可以參與釋放能量的聚變，而且都能釋放出巨大的能量，但為什麼選了氫以及氫的同位素呢？這是因為元素的比結合能不一樣，而這是氫元素聚變的關鍵要求，而相對氫元素的比結合能要求低得多.....而這個低得多仍然是我們難以企及的，比如太陽中心的核聚變處溫度是1500萬度，大氣壓更是高達2500億個，如此條件下仍然只能滿足氫元素的聚變，現在仍未到氦元素聚變的時代，而太陽最終也只能是氦元素聚變完之後就坍縮成白矮星，其內核質量無法支撐下一步的碳氧元素聚變，因此太陽的未來就是一顆碳氧白矮星
  • 為什麼氚被稱為核武器庫中的珍品? 它有哪些用途?(2)
    科學家研究發現只要有氚參與反應，在幾百萬攝氏度的高 　　在常有太陽的特殊環境下，中心溫度高達1500～2000萬度，又有強大的引力場，這為發生聚變反應創造了優越的條件，可是誰能創造出這種數千萬度高溫的人造條件呢？ 　　科學家研究發現只要有氚參與反應，在幾百萬攝氏度的高溫下，聚變反應也可能發生，而且所需氚的量很微小。
  • 核聚變將最終成為未來的能源嗎?
    核聚變是指由質量小的原子核, 主要是指氘(D)、氚(T)和氦-3(3He)等, 在一定條件下(如超高溫和高壓)發生原子核相互聚合作用, 生成新的質量更重的原子核, 並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。
  • 為什麼造得了氫彈,卻造不出核聚變反應堆,技術難關有哪些?
    不久，科學家發現了一種與之相反的過程：核聚變。利用這一過程的武器被稱為核聚變炸彈、熱核炸彈或氫彈，核聚變炸彈具有比裂變炸彈更高的千噸當量和更高的效率。1952年，世界上第一顆氫彈研製成功了。隨後，科學家一直致力於把核聚變應用於民用領域——核聚變反應堆。它將使用豐富的燃料來源，且不會洩漏高於正常背景水平的輻射，而且它產生的放射性廢料將比目前的裂變反應堆少。
  • 核聚變發電是什麼?
    核聚變發電是什麼？核聚變是較輕的原子核聚合成較重的原子核的反應。這種反應必須在極高的溫度下進行，所以又叫做熱核反應。核聚變放出的能量比核裂變還要大10倍，是一種嶄新的能源。核聚變的原料主要是氫、氘和氚。
  • 核衰變、核裂變、核聚變區別(大眾科普)
    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，組成，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。 熱核反應，或原子核的聚變反應，是當前很有前途的新能源。