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聚变能的可控释放可以实现

发布时间:2019-07-14 00:53:46

聚变能的可控释放可以实现?

核能是组成原子核的中子和质子重新分配和组合时释放的能量,包括重核的裂变和轻核的聚变两种类型。当今世界上已经建成和广泛使用的反应堆都是裂变反应堆,聚变反应堆目前尚处于研究设计阶段。

与核裂变相比,核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题,而且其原料可直接取自海水中几乎取之不尽的氘,是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。

要实现持续的轻核聚变反应,要求相当苛刻。必须在超高温和高压的情况下发生,而且伴随着巨大的能量释放,温度可达上亿度,几乎没有任何材料可以承受。

事实上,人类已经实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸,但要想有效利用核聚变释放的能量,必须合理地控制核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出。为了能够早日实现聚变能的可控释放,科学家进行了很多尝试。

磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径,在受控核聚变的探索方面,已提出了许多种磁约束途径,其中环形磁约束装置(托卡马克)是目前各个实验方案中最成功的方法。

托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈,在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。

中科院等离子体所的EAST采用世界上第一个非圆截面全超导托卡马克,西南物理研究院的中国环流器一号以及国际热核聚变实验堆(ITER)计划也都采用托卡马克的原理实现聚变能的可控释放。

磁约束设备比较大,但反应持续性能好,不需要反复点火,适合作为核电站、大型船舶的供电系统,但其缺点在于开关火性能不佳,灵活度不够,而且维持强磁场所需的电能成本也不低。

惯性约束中激光约束技术最为成熟,这主要是因为激光技术能产生聚焦良好的能量巨大的脉冲光束,因此我国的神光装置以及美国的国家点火装置都采用这种核聚变约束形式。

另外,中国工程物理研究院研制的Z箍缩驱动聚变技术也属于惯性约束,它是利用脉冲功率技术,创造大电流从金属套筒(后变为等离子体)流过的条件,产生超强电磁内爆,使等离子体套筒获得足够的内爆动能,然后与聚变靶丸相互作用,把动能变为辐射能,近似球对称低压缩热核燃料,最终实现大规模的热核聚变。

惯性约束的好处在于设备可以做小,而且开、关火控制性能也比较好,适合在未来用于飞行器等领域,但其缺点是需要消耗大量能源产生激光用来点火,而且燃料靶丸制造成本也很高。

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