在線客服
企業(yè)微信
國際熱核聚變反應(yīng)堆（ITER）是一座位于法國的巨型在建核反應(yīng)堆，并且將會(huì)是第一座通過核聚變生產(chǎn)出有用能源的核反應(yīng)堆。歐洲負(fù)責(zé)核聚變研究的機(jī)構(gòu)日前發(fā)布了旨在于2050年之前將ITER改造成產(chǎn)業(yè)化核聚變工廠的路線圖。盡管6年后ITER運(yùn)行將被認(rèn)為是核聚變能源的一項(xiàng)重大突破，歐洲核聚變發(fā)展協(xié)議（EFDA）發(fā)布的路線圖，仍然面臨很多重大的科技難題，需要核聚變科學(xué)家和工程師在未來幾十年里去努力攻克。
核聚變反應(yīng)堆通過熔凝氫的同位素來生產(chǎn)能量――太陽和其他恒星的能量也由此產(chǎn)生。要做到這點(diǎn)必須通過強(qiáng)力的磁鐵、無線電波以及粒子光束來壓縮加熱一種等離子聚變?nèi)剂�，使其達(dá)到最少1.5億度的驚人溫度。但是，要想將等離子燃料加熱到聚變所需的溫度需要耗費(fèi)太多的能量，以至于目前沒有一座反應(yīng)堆能夠滿足條件從而生產(chǎn)出凈能量。
為克服上述弊端，ITER被寄予厚望。只需50兆瓦的輸入功率，它可以在幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生500兆瓦的輸出功率。不過這僅僅是科學(xué)的演示，因?yàn)镮TER不會(huì)用于發(fā)電，這個(gè)工作將交給它的繼任者DEMO。盡管核聚變研究者剛剛開始構(gòu)思如何設(shè)計(jì)DEMO，但是越來越確定的是它不會(huì)像ITER一樣進(jìn)行全球合作――后者的成員包括中國、歐盟、印度、日本、俄羅斯、韓國和美國。
韓國近日宣稱已經(jīng)開始著手為下一代的反應(yīng)堆K-DEMO進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。中國早已開始設(shè)計(jì)ITER到DEMO的過渡型――中國聚變工程試驗(yàn)堆�，F(xiàn)在EFDA也開始籌劃自己的DEMO。該組織并未排除國際合作的可能性，但是已設(shè)計(jì)好的路線圖表明：任何研究必須符合歐盟2014至2020年核聚變預(yù)算的相關(guān)規(guī)定。
EFDA的路線圖認(rèn)為ITER是發(fā)展聚變能量的關(guān)鍵。因此，必須采取一切措施以確保它的成功，包括利用現(xiàn)有的小型反應(yīng)堆做實(shí)驗(yàn)以研究多種ITER的運(yùn)營方案。路線圖指出，未來最大的問題在于如何減少排熱量。ITER與其他類似的受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置如托卡馬克裝置有著相同的結(jié)構(gòu)：在裝置底部裝有一個(gè)分流偏濾器用來將廢燃料排出等離子器。作為容器中唯一與等離子直接接觸的固體表面，該裝置必須能夠吸收足夠多的熱量。ITER的分流偏濾器以不銹鋼為材料并在外表涂有金屬鎢，但是這種分流偏濾器只能勝任低功率、最多運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘的試驗(yàn)反應(yīng)堆，而DEMO卻可以穩(wěn)定地產(chǎn)生數(shù)千兆瓦的功率，這大大超出現(xiàn)有分流偏濾器的熱負(fù)荷。
為防萬一，路線圖要求研究者必須設(shè)計(jì)替代方案，包括重新設(shè)計(jì)容器的外形――例如延伸與固體表面的接觸面，以減少熱負(fù)荷或者使等離子在接觸分流偏濾器之前就將大部分的熱量散發(fā)掉。EFDA要求：替代方案必須在現(xiàn)有的托卡馬克裝置或者專用的設(shè)備上進(jìn)行測試。
另外一個(gè)亟須解決的難題是為DEMO的等離子容器的內(nèi)層結(jié)構(gòu)，以及其他與等離子接觸的部件選擇合適的材料。DEMO中聚變產(chǎn)生高能中子的反應(yīng)及其撞擊非常劇烈。中子撞擊原子使其偏離原位置且具有放射性。研究的目的在于找到可承受持續(xù)數(shù)十年中子撞擊的材料，但是當(dāng)前并沒有足夠強(qiáng)度的中子材料用于測試。作為ITER工程的附屬品，一款基于加速器的中子源正在開發(fā)之中，不過EFDA對(duì)中子材料早已急不可待了。
EFDA還要求對(duì)產(chǎn)氚包層，即等離子容器的器壁作更廣泛的研究。反應(yīng)堆里的中子將鋰轉(zhuǎn)化為核聚變所需的一種燃料氚。包層的替代設(shè)計(jì)方案也必須跟進(jìn)，以防現(xiàn)有方案不能通過測試。路線圖同時(shí)也呼吁相關(guān)產(chǎn)業(yè)對(duì)DEMO予以支持，因?yàn)橐坏┰撚?jì)劃得以完成，產(chǎn)業(yè)將會(huì)接過聚變發(fā)展的接力棒，等離子理論和相關(guān)模型也將得到進(jìn)一步發(fā)展。
作為最后的備選方案，路線圖鼓勵(lì)繼續(xù)對(duì)仿星器進(jìn)行研究。20世紀(jì)60年代末，托卡馬克的出現(xiàn)使仿星器淡出了人們視線。德國Wendelstein7-X仿星器將于明年完成，該仿星器可以為今后的HELIAS能源生產(chǎn)版本提供模板。
