作者:陆琦 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/11/15 14:11:47
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核工业西南物理研究院院长刘永:我国核聚变水平已进入世界领先方阵

 

“核聚变能是人类最理想的能源,而核聚变能研究则是科学界最具挑战性的课题之一。”近日,核工业西南物理研究院院长刘永接受《中国科学报》记者采访时如是说。

聚变是裂变相反的核反应形式,由较轻的原子核聚合为较重的原子核,同时释放出巨大的能量。太阳发光发热和氢弹爆炸就是这样的原理。

刘永介绍说,核聚变的原料储量丰富,主要是存于海水中的氘,一升海水提取的氘所能产生的聚变能量相当于300升汽油。

“作为反应物的氘和作为反应产物的氦都是没有放射性的。”刘永表示,由于其固有的安全性、环境的友好性、燃料资源的丰富性,核聚变能被认为是人类最理想的能源。

早在上世纪50年代初,人类就实现了聚变核反应,即氢弹爆炸。但是氢弹瞬间的猛烈爆炸是无法控制的。要把聚变时释放出的巨大能量用于社会生产和人类生活,必须对剧烈的聚变核反应加以控制。因此,实现受控热核聚变一直是科学家们的梦想。

刘永告诉记者,核聚变反应最困难的反应条件就是需要上亿度的高温才能引起核聚变反应,如此高的温度是用人类目前所有加热方法所很难达到的;其二,如果要使高温等离子体中核聚变反应能持续进行,上亿度的高温必须能长时间维持并约束在有限的空间中;其三,超过万度以上的气体是不能用任何材料所构成的容器约束而使之不飞散的,因此必须寻求某种途径,防止高温等离子体逃逸或飞散,使其保持足够高的密度。

几十年来,科学界一直在为实现受控热核聚变反应的苛刻条件而不懈努力。2006年,中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方正式签署实施国际热核聚变实验堆(ITER)计划。该计划是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划,七方超35个国家在法国南部参与建造世界上最大的托卡马克型聚变实验堆。

托卡马克,俗称“人造太阳”,是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。科学家将氘和氚两种元素注入热核反应实验堆的环形真空室,加热到一亿度以上的高温,也就是太阳温度的十倍左右,形成高温等离子体,从而激活热核聚变反应。

据刘永介绍,全球现在有大量的研究机构和企业正在为ITER计划制造相关组件。其中,中国承担了ITER装置9%的采购包制造任务。

核工业西南物理研究院承担了中方采购包任务中的所有涉核部件。日前,该院完成的第一壁半原型件在全世界率先通过高热负荷测试,达到ITER要求,这标志着我国在规模化制作ITER第一壁技术上迈进了一大步。第一壁是ITER装置核心部件,在运行时直接面对上亿摄氏度的等离子体,保护外围部件和设备。

“通过参加ITER计划,使中国的核聚变水平进入到世界领先方阵。”刘永说,“现在我们自己设计、建造的实验装置已处于国际领先水平,比如核工业西南物理研究院的中国环流器二号及其升级版(HL-2A/HL-2M)、中科院等离子体物理研究所的东方超环(EAST)等,这些装置使我国可以与国际一流的聚变实验室平等交流、对话。”

据悉,目前ITER计划已经实施到准备安装阶段。按照最新的计划,国际热核聚变实验堆将在2025年12月产生第一等离子体,2035年实现满能量热核聚变实验。

“从目前的情况看,核聚变能走向实际应用还有很长的路要走。”刘永坦言。

 
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