核聚变

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  核聚变,是产生核能的一种方式,也是迄今为止,最高级也最难以“驾驭”的能源来源。
  核聚变就是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核,在这个变化过程中会释放出巨大的能量。相比核裂变,核聚变的放射性污染等环境问题少很多。如氘和氚之核聚变反应,其原料可直接取自海水,来源几乎取之不尽,因而是比较理想的能源取得方式。
  到目前为止,虽然人类已经可以实现不可控核聚变,如氢弹爆炸,但要想有效利用、控制核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出,尚是人类掌握聚变核能源道路上的最大掣肘。而且核聚变能目前的设计成本很高,与使用煤和天然气等化石燃料的系统相比不具成本优势。
  基于磁约束的ITER计划(国际热核聚变实验堆计划)被人们寄予厚望,该“人造太阳”工程的核心装置叫做“托卡马克”(TOKAMAK),名字来源于环形、真空室、磁、线圈的英文,由前苏联科学家阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明。装置中央是个环形真空室,外面缠绕着线圈。通电时,内部会产生巨大螺旋型磁场,将等离子体加热到超高温度,以促成核聚变。中国科学院等离子体物理研究所的EAST托卡马克,近年来取得了很高的成就。
  美国对核聚变的研究走在了世界前列。近日,美国工程师设计出一种新型核聚变反应堆模型,当将其升级到一座大型发电厂大小时,成本比能提供同样电力产出的燃煤发电厂还低,仅为ITER的十分之一,但产能为其5倍。这个名为“dynomak”的核聚变反应堆由亚伯和曾在麻省理工学院研究核反应堆设计的博士生德里克·萨瑟兰合作进行。他们在一个密闭空间内制造出了一个磁场,将等离子体束缚在合适的地方,而且时间足够长,让核聚变可以产生,使热的等离子体可以发生反应并燃烧。这一反应堆本身能很好地保持稳定,会持续加热等离子体从而维持热核反应。 新设计中的磁场名为“球型马克(spheromak)”,其大部分磁场通过驱动电流形成等离子体本身而形成,这就减少了所需物质的数量且使研究人员能压缩反应堆的大小。目前,“dynomak”核反应堆模型的大小和电力产出仅为最终大小和产出的十分之一,还有很大的改进空间。研究人员对模型进行的测试表明,随着研究的进一步发展以及设备的扩张,他们能升级到更高温度的等离子体并得到更大的聚变能产出。
  欧洲也在加快对核聚变的研究。日前欧盟委员会宣布,欧盟成员国以及瑞士的聚变研究实验室共同启动一个名为“欧洲核聚变”的新项目,旨在推动聚变能技术研究。该实验室在2012年发布了2050年前聚变能发展路线图。研究人员希望,“欧洲核聚变”项目能解决路线图初始阶段的重要科学和技术挑战,重点之一就是为正在法国建造的国际热核聚变实验堆提供科学和技术支持。“欧洲核聚变”各参与方共同成立了一个为期五年(2014年至2018年)的联合项目,总预算约为8.5亿欧元。(本文根据相关媒体报道和网站信息整理)
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