由於具有清潔無汙染、原料幾乎取之不盡(可以直接使用海水)、安全性高等優點,核聚變被視為一種近乎用之不竭的理想能源。近日,美國科學家利用基因改良的手段,使實際可用的能源來源又向前邁進了一步。
改良的原理和太陽內部的反應一致。在高溫、高壓和強磁場的條件下,兩個質量小的原子——比方說氘和氚——會發生原子核互相聚合作用,同釋放出巨大能量。核聚變技術的研究有望減輕人類對化石能源的依賴。
高壓是核聚變發生的重要條件之一。麻省理工學院的研究人員目前成功在核聚變反應堆中實現了2.05個大氣壓的突破。這比上個世界紀錄(產生於2005年)提高了15%。
2.05倍的大氣壓相當於海平面以下10米的壓力。在此壓力下,反應堆內部溫度可達到3500攝氏度,兩倍於太陽核心的溫度。據MIT News報導,在此條件下,反應堆內每立方米可發生千億次的核聚變反應。
「這是了不起的成就!」普林斯頓等離子體物理實驗室前副主任Dale Meade毫不掩飾激動之情。
除了高壓之外,推動核聚變反應的能量從何而來也一直是困擾核聚變研究的問題之一。以目前的實驗技術,加熱反應所消耗的能量甚至大於反應釋放出的能量。只有在產出(遠)大於消耗時,核聚變才有可能被廣泛應用。
美國之外的研究者們將希望放在ITER反應堆上。ITER目前正在法國建造,預計於2036年投入使用。屆時其將成為世界最大的託卡馬克反應堆,體積是MIT Alcator C-Mod反應堆的800倍。ITER被預期能夠產生2.6個大氣壓的壓力,同時創造出1.5億度高溫的反應條件。
國際熱核聚變實驗堆開始測試堆芯屏蔽材料
中國提供的首批3座變壓器已經在法國ITER聚變項目完成安裝,來自荷蘭的研究人員正在對聚變反應堆堆芯抗中子輻射屏蔽材料進行測試。
荷蘭放射性同位素生產商NRG今天宣布,這些作為ITER「第一層壁」的材料將於未來數月在荷蘭佩滕的高通量反應堆(HFR)內輻照。
等離子體被磁屏蔽約束在ITER中發生核聚變反應時的溫度高達1.5億開,第一層壁為反應堆堆芯提供第一層屏蔽,將暴露在聚變反應產生且不受磁場約束的高能中子下。
第一層壁將由不鏽鋼結構組成,其銅鉻鋯合金表面會焊有鈹金屬片。使用同樣鈹片的等比例模型將被放在HFR堆芯以產生放射性同位素來模擬未來ITER中的環境和溫度。
俄物理學家發現獲取保障核聚變反應堆可靠運作準確數據的方法
俄羅斯國立核能研究大學「莫斯科工程物理學院」(MEPhI)新聞處表示,該校學者在國際原子能機構(IAEA)項目框架內研發出獲取確保核聚變反應堆可靠運作所必需的最準確數據的方法。國際權威科學期刊《核材料雜誌》(Journal of Nuclear Materials)發表了這一研究成果。
製造核聚變裝置的目的是嘗試利用核聚變反應獲取電能,如利用太陽上發生的核聚變反應獲取電能。如果取得成功,這將賦予人類取之不盡用之不竭的能源。這個領域最大的項目是目前正在法國建造的國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)。
核聚變裝置的製造伴隨著一系列嚴重問題。例如,為與反應堆熱核等離子體接觸的耗能最大元件選擇材料的問題仍然懸而未決。鎢是最有前景的材料之一。但專家們目前不完全清楚,這種金屬在核聚變反應堆運作條件下將如何表現,特別是與核聚變燃料中的一種成分--氚,氫的放射性同位素,相互作用時。氚進入面向等離子體的反應堆壁金屬輻射缺陷是潛在的嚴重問題之一。
俄羅斯國立核能研究大學"莫斯科工程物理學院"(MEPhI)等離子物理教研室工作人員加斯帕良解釋說,氚的積累從多個角度構成威脅。他指出,大量氚可能導致反應堆壁的機械屬性"徹底降解"。公告中援引加斯帕良的話補充說,積累的氚從反應堆壁材料中不受控制地流出,還能導致所謂的等離子體破裂並將大量能量拋到壁上。為了尋找解決這些問題的途徑,需要知道氫與核聚變反應堆壁金屬缺陷相互作用時的能量強度。俄羅斯國立核能研究大學"莫斯科工程物理學院"(MEPhI)等離子物理教研室工作人員研發出測量這一指數的方法。加斯帕良說,不同於以往,研發出的新方法能獲取最準確的數據。與此同時,這些數據對此前嚴重影響測量結果的因素不敏感或者具有最低的敏感度。
美物理學家透露下一代核聚變裝置計劃
據國外媒體報導,核聚變可讓人類獲得無限能量,美國能源部下屬的普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家近日在一篇論文中透露了下一代核聚變計劃。
項目主管喬納森-梅納德指出,他們最近完成了NSTX-U核聚變裝置的升級,該項目2015年開始由美國能源部辦公室運營。球形託卡馬克裝置外形如空心蘋果,與常規託卡馬克裝置不同,後者就像是笨重的甜甜圈。
普林斯頓等離子體物理實驗室主任斯圖爾特普拉格認為,NSTX-U核聚變裝置的升級可以擴大我們對高溫等離子體的認識,他們將繼續對其進行研究,解決研製下一代核聚變裝置所面臨的技術問題。
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