ITER核聚变工厂已完成一半

由:Patrick j . Kiger

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位于法国圣保罗-勒兹-杜兰斯的国际热核实验反应堆已经完成了50%。ANNE-CHRISTINE POUJOULAT /盖蒂图片社

建筑起重机和部分完工的建筑,以及巨大的金属和钢铁环,被描述为看起来像一个“现代的巨石阵《纽约时报》2017年3月报道。国际热核实验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)已经开工10年了。包括美国在内的35个国家参与的该项目旨在证明这一点核聚变——氢同位素结合形成氦,这与恒星产生光和热的过程相同——这可能是未来能源匮乏的世界可行的能源来源。

这个项目的延迟预计成本在过去几年里翻了近四倍180亿欧元(220亿美元),甚至美国能源部2016年报告支持这个项目表达了对它最终是否会成功的不确定性。2017年12月初,ITER官员宣布他们已经达到了一个重要的里程碑,完成了实现“第一等离子体”所需的全部建设工作的50%。目前计划在2025年完成最初阶段的操作,在这个阶段,氢将转化为一种热的带电气体。(在那之后,ITER还需要10年的工作才能产生能量。)

等我们证明了这一点融合是一种可行的能源,它最终将取代燃烧的化石燃料,而化石燃料是不可再生和不可持续的。”在声明中解释在项目的网站上。“核聚变将与风能、太阳能和其他可再生能源互补. ...通过证明核聚变作为一种清洁、安全、几乎无限的能源的可行性,我们可以为子孙后代留下一份强大的遗产。”

在一封电子邮件中,哥伦比亚大学教授杰拉尔德·a·Navratil他的工作影响了ITER的设计。他将这一建设里程碑描述为“实用聚变能发展中的重大事件”。

ITER将容纳世界上最大的反应堆托卡马克装置这是苏联研究人员在20世纪60年代末首次开发的一种磁性装置,它基本上模拟了一颗恒星内部火炉内的高温和高压。根据上面的解释ITER的网站在美国,该装置使用强大的电流来分解氢气,剥离原子核中的电子,形成等离子体——一种热的带电气体。当等离子体粒子被激发并碰撞时,它们会升温,最终达到1亿至3亿摄氏度(约1.8亿至3.6亿华氏度)的温度。在这一点上,氢原子核的能量是如此之大,以至于它们可以克服彼此排斥的自然倾向,从而聚变形成氦。在这个过程中,它们释放出巨大的能量。

因为这文章根据世界核协会的详细资料,试验性托卡马克已经产生了几十年的能源。但到目前为止,它们需要的能量比核聚变产生的能量还要多。但ITER希望通过巨大的规模来克服这一限制。2017年3月纽约时报文章在该项目中,托卡马克的高度为100英尺(30.5米),直径为100英尺描述ITER网站上说,它的重量将超过25,000磅(23吨),体积为30,000立方英尺(840立方米)。这是之前任何设备容量的10倍。

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越大越好

正如ITER网站所解释的那样,一个体积更大的设备将为核聚变反应创造更多的可能性,从而增加能量输出,提高设备的效率。如果它能按计划在2035年全面投入使用,ITER将使用50兆瓦的输入功率,产生500兆瓦的热的聚变能量。虽然ITER不会使用这些能量来发电,但它的目的是为未来几代核聚变发电厂铺平道路。

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一个反应堆正在法国南部建造。
鲍里斯霍尔瓦特/盖蒂图片社

纳夫拉提尔在电子邮件中写道:“ITER实验的设计是基于我们现有的聚变装置对聚变性能的保守推断。”“有信心,ITER的大小和磁场强度将允许我们实现其目标,即通过向等离子体输入50兆瓦的能量,产生500兆瓦的聚变能量。由于ITER是第一次产生强聚变自热等离子体的实验,我们将利用这些结果来证实我们对燃烧等离子体状态的理解,并可能发现一些新的重要等离子体物理现象。我们从ITER获得的信息将为自信地设计聚变能源下一步发展的核心奠定基础,其目标是产生净电力,并为聚变能源系统的商业部署奠定基础。”

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核能的优势

据一位ITER的新闻稿在美国,核聚变发电厂的成本最终将与传统发电厂相当核电站.但与发电厂不同的是,核聚变发电厂不会产生放射性废料,也不会产生如何处理这些废料的昂贵问题。与化石燃料相比,核聚变还有一个很大的优势,因为它不会向大气中排放大量的二氧化碳和其他污染物质,从而导致气候变化。

正如纳夫拉提尔指出的,核聚变也可能比低碳可再生能源有一些优势。

“如果成功,基于ITER聚变等离子体性能的核聚变发电厂将提供一种无碳的持续电能输出源,而不会有风能和太阳能发电系统的缺点,它只生产一天中的部分时间的电力,需要能量存储或‘后备’电力系统来支持一个稳定的电网,”Navratil解释说。“鉴于我们的能源系统基础设施涉及数万亿美元,这种核聚变能源的可用性将是我们无碳电力来源的一个非常重要的补充。”

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