近日，全球最大的核聚變反應(yīng)堆項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了一個(gè)“里程碑”式的成就——低溫恒溫器成功交付，進(jìn)入安裝狀態(tài)?，F(xiàn)在整個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)完成了65%，距離項(xiàng)目成為“第一等離子體”還有6年半的時(shí)間。
這個(gè)位于法國(guó)南部的跨國(guó)項(xiàng)目“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆”(ITER)是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一，其進(jìn)度一直飽受關(guān)注。
項(xiàng)目將在2025年底正式啟動(dòng)
7月23日在法國(guó)南部核聚變項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，各界要員們出席了部件交接儀式。ITER項(xiàng)目是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，旨在達(dá)到核能發(fā)展的下一個(gè)階段，作為產(chǎn)生無(wú)排放電力的一種手段。近期，該工程正在安裝低溫恒溫器底座和下氣缸，這將為托卡馬克(一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器)的安裝鋪平道路。托卡馬克的技術(shù)設(shè)計(jì)選擇了能夠容納超熱等離子體聚變堆芯的核磁場(chǎng)。
“ITER低溫恒溫器由印度制造，體積為16000立方米。”ITER官員在一份聲明中說(shuō)。“其直徑和高度都接近30米，重3850噸。由于體積龐大，恒溫器被分為4個(gè)部分：底座、下筒體、上筒體和上蓋。”
據(jù)了解，現(xiàn)在整個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)完成了65%。項(xiàng)目發(fā)言人薩比娜·格里菲斯說(shuō)，全球首個(gè)商業(yè)規(guī)模的核聚變反應(yīng)堆項(xiàng)目將在2025年底正式啟動(dòng)，但完全啟動(dòng)該設(shè)施至少需要十年的時(shí)間。格里菲斯說(shuō)：“第一批等離子體的啟動(dòng)時(shí)間已經(jīng)設(shè)定好，我們將在2025年12月按下按鈕。但我們還需要10年的時(shí)間才能完成氘-氚的全部操作。”
核聚變的優(yōu)勢(shì)
當(dāng)前的核電反應(yīng)堆采用的均為裂變反應(yīng)。其原理是用中子去撞擊較大的原子，迫使其溢出兩個(gè)較小的原子——也稱(chēng)為裂變產(chǎn)物。這個(gè)過(guò)程釋放了額外的中子，可以引發(fā)連鎖反應(yīng)。當(dāng)每個(gè)原子分裂時(shí)，釋放出巨大的能量。由于易于引發(fā)和控制，鈾和钚是最常用于核反應(yīng)堆的元素。反應(yīng)堆中的裂變反應(yīng)釋放的能量將水加熱成蒸汽，帶動(dòng)渦輪機(jī)產(chǎn)生無(wú)碳電力。
聚變反應(yīng)與裂變相反。當(dāng)兩個(gè)原子一起撞擊形成較重的原子時(shí)就會(huì)發(fā)生融合，就像兩個(gè)氫原子融合形成氦原子一樣。這是太陽(yáng)的工作原理——釋放出的巨大能量比裂變要大幾倍。該過(guò)程也不會(huì)產(chǎn)生高放射性的裂變產(chǎn)物，優(yōu)勢(shì)更明顯。由于該過(guò)程需要巨大的壓力和溫度，這種條件很難長(zhǎng)時(shí)間創(chuàng)造并維持。
目前，35個(gè)國(guó)家正在通力合作ITER，力求把核聚變的力量帶給大眾。
更多組件正在匯集
實(shí)現(xiàn)受控的核聚變反應(yīng)，其產(chǎn)生的凈能量十分讓人期待。在商業(yè)規(guī)模上，這被視為應(yīng)對(duì)氣候變化的一個(gè)潛在解決方案。核聚變能源將消除對(duì)化石燃料的需求，解決可再生能源固有的間歇性和可靠性問(wèn)題。這種能量將在沒(méi)有危險(xiǎn)的輻射量的情況下產(chǎn)生，優(yōu)勢(shì)明顯大于核裂變發(fā)電。
有關(guān)人士表示，ITER核聚變反應(yīng)堆將成為有史以來(lái)最復(fù)雜的機(jī)械裝置。它將包含世界上最大的超導(dǎo)磁鐵，這需要產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)，足以容納等離子體，溫度將達(dá)到1.5億攝氏度，大約是太陽(yáng)中心溫度的十倍。
格里菲斯在一封電子郵件中說(shuō)：“我們將看到第一批主要的托卡馬克部件的到來(lái)，比如來(lái)自中國(guó)的第一個(gè)PF線(xiàn)圈、韓國(guó)的真空容器部件以及今年秋天第一批來(lái)自歐洲和日本的TF線(xiàn)圈。這些零部件就位后，我們將在明年春天正式開(kāi)始組裝。”據(jù)悉，ITER托卡馬克將成為全球最強(qiáng)大的融合設(shè)備之一，包含超過(guò)100萬(wàn)個(gè)組件、上千萬(wàn)個(gè)零件。設(shè)備將產(chǎn)生500兆瓦的核聚變功率，將成為歷史上第一個(gè)產(chǎn)生凈能量的融合裝置。
氣候?qū)＜业膽n(yōu)慮
為了使本世紀(jì)全球氣溫上升不超過(guò)1.5攝氏度，國(guó)際社會(huì)不得不在2030年前將碳排放量減少45%，到本世紀(jì)中葉減少至零。但讓人感到焦慮的是，每年的排放量都在增加，速度還在加快：2017年排放增長(zhǎng)了1.6%，2018年增長(zhǎng)了2.7%，達(dá)到歷史最高水平。更重要的是，到2040年，全球能源需求預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)27%，即3743百萬(wàn)噸油當(dāng)量。因此，清潔、可持續(xù)的能源解決方案迫在眉睫。核聚變無(wú)疑是符合條件的解決方案。但有氣候?qū)＜艺J(rèn)為，即使ITER的托卡馬克能夠在2025年前投入運(yùn)行并在2035年左右全面投入運(yùn)營(yíng)，但相比氣候變化速度，時(shí)間依然很緊迫。
科研人員在加緊在這一領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，不斷取得新的突破，人們距離核聚變這種“取之不盡、用之不竭”的綠色能源越來(lái)越近。此外，其他清潔能源技術(shù)的迅速普及有望讓“綠色時(shí)代”早一些到來(lái)。
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