了不起!美國實現可控核聚變新突破 減輕化石能源依賴

2020-11-24 科技世界網

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。

(如需轉載,請註明來源自 科技世界網)

相關焦點

  • MIT實現可控核聚變新突破 無限能源不遠了?
    今日美國科學家通過改良實驗手段,成功製造出了破紀錄的等離子壓強。而等離子體的高壓是實現可控核聚變關鍵因素之一。此舉標誌著受控核聚變距離成為一種實際可用的能源來源又向前邁進了一步。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
  • 中國終於實現了可控核聚變
    核聚變託克馬克裝置特大科技新聞,我國的可控核聚變取得重大突破,咱們的人造小太陽首次實現放電了,我們離接近無線清潔能源,又近了一步,一旦實現可控核聚變發電,我們就可以完全擺脫對石油能源的依賴。核聚變反應堆產生的能源這兩天幸福確實是來的真的有點突然了,而且還讓人目不暇接,咱們先是蹭的一下就上月球上挖礦去了,緊接著呢,就造出了世界算力最強的量子計算機,那這個新聞還沒被捂熱乎呢,又來了可控核聚變實現放電,說明我們的科技發展啊
  • 如果可控核聚變實現無限能源,還有建設戴森球的必要嗎?
    特別是進入工業文明之後,人類社會對能源的需求呈指數級增長,而僅靠傳統能源的供應模式,無論是從供應數量、儲存總量、利用效率等方面,都越來越不適應這種日益增長的需求,於是在提高化石能源勘探能力、提高能源利用效率的基礎之上,逐漸發展了太陽能、風能、水能、生物質能、核能等新型清潔能源,但是能源緊缺問題始終無法得到有效地解決。
  • 可控核聚變的實現到底有多難?可能再過50年也難以實現
    原因不是近50年來,我們在能源方面沒有實現質的突破。人類進入科技時代以來,一直發展研究的是化石能源,而化石能源的研究應用其實在50年前已經快到走到顛覆。化石能源的潛力基本已經發掘到極致了,再往上很難有突破。正是能源的制約,讓人類的航天科技在近50年的時間裡,並沒有真正的大突破。我們想要進入太空,仍然需要大火箭的助推,而不是可以自由出入地球。
  • 如果可控核聚變實現無限能源,戴森球還有存在的意義嗎?
    在核聚變的過程中可以釋放出大量的能量,並且要比核裂變清潔得多,還有核聚變所需的氚在地球的海水中都可以找到,解決了原料問題。眾所周知,核聚變反應所釋放的能量是巨大的,而可控核聚變也被譽為能源領域的「聖杯」。什麼是可控核聚變?
  • 科學最前沿的可控核聚變什麼時候能實現
    目前日本等很多國家都經常報導說可控核聚變研究已經取得了重大突破,很快可控核聚變就能夠全面實現了,但其實這些都是標題黨,他們通常只說產生了多少能量,但卻不說花費掉的能量,更是沒有理會能量的轉換效率,而且即便是產生能量真的多於消耗能量也只能維持極其短暫的一瞬間,因此不可實用,而媒體記者不懂科技而且喜歡報喜而不報憂來吸引眼球,做了不少誤人誤己的報導,很多人在一次次受騙後也就對可控核聚變麻木了
  • 率先獲得國際認證:中國不斷突破可控核聚變技術
    在普通的條件下,Q = 0,即沒有能量輸出,完全沒有發生核聚變。外界條件提高到一定程度,Q開始大於0了,但還小於1,這時你可以說已經實現了可控核聚變。但是能量輸出小於能量輸入,能量買賣越做越虧,不能實用,所以你也可以說還沒有實現可控核聚變。口頭語言怎麼說都行,科學家並不在意,真正重要的是定量的數學語言。
  • 可控核聚變材料提取和環流器均有新突破
    可控核聚變,是全世界公認的未來綠色潔淨能源,而且不產生核廢料。可控核聚變是核領域專家普遍認可的,可以實現清潔無窮能源的有效途徑,其將讓全球能源短缺問題得到根本性的解決。可控核聚變反應最基礎的原料就是氘原子和氚原子。氚通過中子和鋰反應就可以大量獲取。而氘在大氣中含量不多,主要是在海水中提取。每升海水中蘊含的氘含量是0.03克,其完全核聚變反應中爆發的能量可以媲美300升汽油。
  • 如果實現了可控核聚變,人類生活會變成什麼樣?
    人類社會得以快速發展的基礎之一就是能源。目前人類主要的能源是化石能,它帶給了人類社會巨大的進步,但同時也帶來了環境汙染,氣候變暖等問題,化石能源屬於不可再生能源,總有一天會被耗盡。所以世界各國科學家一直在尋找一種更加清潔高效的能源。
  • 新一代「人造太陽」反超美國,中國會不會率先實現可控核聚變?
    很多小夥伴就納悶了:現在我們已經有火力、水力、風力、太陽能、化學能等等能源了,可是電為什麼還是不夠用呀?真是讓人著急!這個時候可能大家對「可控核聚變」這個解決人類終極能源的辦法,又開始心心念念了。新聞不是剛剛的報導:中國新一代「人造太陽」中國環流器二號M裝置,在成都建成並實現首次放電了嗎?這是個好消息哈,聽說技術已經反超美國了。我們會不會是最早實現可控核聚變的國家?
  • 終極能源?英公司稱實現可控核聚變僅需數年
    在英國核聚變發電創業企業、託卡馬克能源公司(Tokamak Energy)CEO David Kingham看來,人類實現「終極能源」——核聚變發電的曙光就在眼前。這家2009年成立、位於英國牛津的核聚變明星企業近日宣布,其最新的ST40聚變反應堆已實現首次啟動,並正式生成第一批等離子體。今年秋季,ST40可以產生溫度達1500萬度的等離子體——這相當於太陽中心溫度。
  • 中國可控核聚變迎來突破,意義重大
    如此,掌握使用完全清潔的能源也成了科學家們畢生的追求,核作為一種高效、清潔的新能源,它的發展已經成為世界各國的重點方向。使用鈾燃料的核能不像其它化石燃料會產生大量有害氣體,且燃料費用所佔的比例較低,所以核能也被許多國家利用。但核能在給人類帶來巨大利益的同時,也伴隨著一定的安全風險。因此,致力於開發出一種可控的核聚變能量成了各國科學家頭疼的事。
  • 東方超環實現1億度運行10秒,離可控核聚變又進了一步
    目前人類研究的核聚變技術和太陽的核聚變一樣,所以東方超環也被稱為人造太陽。人類已經掌握了不可控核聚變技術,而發展可以控制溫度的可控核聚變技術,就能夠將核聚變技術作為人類的一個新能源,徹底解決人類的面臨的能源枯竭問題。
  • 可控核聚變的原理
    首先說核聚變是輕的原子合併成重的原子,並釋放出能量的物理過程,氫彈爆炸和太陽發光都是這個原理。那利用核聚變做一個慢慢釋放能量的發動機使用就成了尖端科學家們研究的主要事情了,這就是可控核聚變。重點就是可控,目前有兩個難點,第一是溫度,聚變發生要達到一億度高溫,原子彈爆炸能產生一億度。高溫也可以用雷射來解決,雷射加熱是非常迅速的。
  • 可控核聚變技術有什麼用?
    相信大家都知道能源對我們人類是非常重要的,如果沒有能源,那我們人類也將無法生存,不過在地球上的能源是越用越少,尤其像石油和天然氣這些不可再生的資源
  • 人類實現了可控核聚變,會成為初級的造物主嗎?今天算明白了
    但如果我們實現的可控核聚變,那麼人類就會成為初級的造物主,這對於我們以後的發展而言是特別有意義的。但如果我們有能力實現了可控的核聚變,那麼我們就相當於是擁有了無限的廉價能量,人類就可以利用這些廉價的能量來操控各種物質的分解與合成
  • 如果人類實現了可控核聚變,在短時間內會有什麼「魔改用法」?
    先來定義一下,怎樣才能算是「實現了可控核聚變」,核聚變不是隨隨便便就可以點燃的,我們需要先向反應爐輸入能量才有可能從中得到輸出的能量,這裡有一個被稱為「Q值」的衡量指標,它指的是輸出能量與輸入能量的比值,我們可以看到,只有在這個「Q值」大於1的情況下,可控核聚變才會實現輸出能量大於輸入能量
  • 人類距終極能源還有多遠?英國公司稱實現可控核聚變僅需數年
    在英國核聚變發電創業企業、託卡馬克能源公司(Tokamak Energy)CEO David Kingham看來,人類實現「終極能源」——核聚變發電的曙光就在眼前。這家2009年成立、位於英國牛津的核聚變明星企業近日宣布,其最新的ST40聚變反應堆已實現首次啟動,並正式生成第一批等離子體。今年秋季,ST40可以產生溫度達1500萬度的等離子體——這相當於太陽中心溫度。
  • 袁嵐峰:在可控核聚變的道路上,中國走到了哪一步
    我們挑選出來造核武器、核電站的都是容易裂變的原子核,常溫常壓下就能運行,所以給人的印象就是核裂變很容易。 問:我們現在到底能不能實現可控核聚變?如果不能,那些核聚變裝置是幹什麼的?如果能,為什麼還不能實用? 答:這其實是一個語言問題,即什麼叫做「實現」了可控核聚變。
  • 新一代可控核聚變研究裝置建成放電 我國跨入可控核聚變研究前列
    來源:人民日報原標題:新一代可控核聚變研究裝置建成放電(創新前沿)本報北京12月4日電 (記者蔣建科、馮華)12月4日,我國新一代可控核聚變研究裝置「中國環流器二號M」(HL—2M)在成都正式建成放電