核聚变取得突破“人造太阳”却很遥远
来源:行业新闻    发布时间:2024-02-27 18:10:06| 阅读次数:518

  12月13日,美国加利福尼亚劳伦斯-利弗莫尔国家实验室宣布,在该实验室一次核聚变实验中,核聚变反应产生的能量超过所消耗的能量。这无疑是核聚变研究历史上最具突破性的进展。

  与核裂变不同,核聚变是将两个源自融合的一种核反应形式,在这一过程中会释放出巨大的能量。最为人们所熟知的核聚变技术就是太阳,因此可控核聚变技术也被称为“人造太阳”。

  1940年代,随着曼哈顿计划的开展,核聚变研究也开始慢慢地推进。目前人类已能实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。如果想要有效利用核聚变的能量,人类还必须掌握可控核聚变技术。

  但长期以来聚变反应总是没办法实现净能量增加,即消耗能量总是超过反应产生的能量。

  劳伦斯-利弗莫尔国家实验室此次成功的核聚变实验,是人类历史上第一次实现净能量核聚变反应。

  白宫科学顾问阿拉蒂·普拉巴卡尔 (Arati Prabhakar) 周二上午在美国能源部举行的新闻发布会上说:“这是实现可能性、实现科学里程碑以及通往清洁能源可能性之路的绝佳例子。”

  劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的研究人员将多达192束巨型激光发射到一个称为 hohlraum的厘米长金圆柱体中。强烈的能量将容器加热到超过300万摄氏度——比太阳表面还热——并在X射线下照射内部胡椒粒大小的燃料颗粒。

  X射线剥离了颗粒的表面并引发了类似火箭的内爆,将温度和压力推向了只有在恒星、巨行星和核爆炸中才能看到的极端。内爆达到每秒400公里的速度,导致氘和氚聚变。

  根据爱因斯坦方程E=mc2,每对融合的氢原子核都会产生一个较轻的氦原子核和能量爆发。氘很容易从海水中提取,而氚可以从地壳中的锂中提取。

  在最新的实验中,研究人员输入了2.05兆焦耳的激光能量,输出了大约3.15兆焦耳——大约增加了50%,这表明颗粒中的聚变反应正在推动进一步的聚变反应。美国国家核安全管理局的Marvin Adams博士说:“产生能量所花费的时间比光传播一英寸所花费的时间还少。”

  劳伦斯-利弗莫尔国家实验室是实现核聚变的装置被成为国家点火装置。该装置1997年开始建设,2009年开始运营。直到2014年才第一次实现微弱的能量输出——大约相当于60瓦灯泡亮了5分钟的能量。

  今年9月,国家点火装置进行了第一次2.05兆焦耳的激光发射,产生了1.2兆焦耳的聚变能量。在经过调整后,实现了净能量输出。

  首先,所谓的净能量的增加实际上并没考虑到为激光器供电所需要的300兆焦耳能量。如果考虑到这部分能量,那么核聚变距离净能量输出还有很大的差距。

  其次,实验室里的相关设备价格昂贵,发电成本可能是现有发电技术的成百上千倍。而且国家点火装置有一个体育场那么大,完全没有办法进行商业化开发。最后,核聚变所产生的能量怎么样转化为电能,实际上也不进行相关实践和研究。

  劳伦斯-利弗莫尔国家实验室主任金布迪尔博士说,只要有足够的投资,“几十年的研究就可以让我们有能力建造一座发电厂。”

  麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)核科学与工程教授伊恩·H·哈钦森则认为,劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的突破更多地代表了科学实证,该实验室研究的目标是了解核聚变而并非将其实际应用。

  “从某一种意义上说,一切都在改变;另一方面,一切都没改变,”牛津大学物理学教授兼牛津高能密度科学中心主任贾斯汀·沃克说。“这个结果证明了大多数物理学家一直相信的——在实验室中聚变是可能的。然而,制造像商业反应堆这样的东西需要克服的障碍是巨大的,绝不能低估。”

  相比于存在潜在风险的核裂变技术,科学家们认为核聚变技术是更可行的未来能源解决方案。

  与使用铀和钚等高浓缩放射性物质作为燃料的裂变反应堆不同,聚变反应堆理论上可以由氢作为燃料,氢是宇宙中最丰富的元素;这在某种程度上预示着聚变反应堆的燃料供应绝大多数都是无限的。

  此外,与裂变反应堆不同,聚变反应堆不会产生高放射性废料,因此无需安全储存这些危险的材料。在某些情况下,放射性材料甚至会在数千年里持续具有危险性。

  再者,尽管发生聚变需要极端的条件,但聚变反应堆被认为比裂变反应堆更安全;裂变反应堆必须不断地监测,以避免导致不稳定和爆炸的条件。

  目前全球核聚变研究有两种主要的技术路线。第一种方法是通过磁约束进行核聚变。在一个巨大的反应堆中,轻氢原子(氘和氚)被加热。然后材料处于等离子体状态,是一种密度很低的气体。它是通过磁场控制的,在磁铁的帮助下获得。

  第二种方法是惯性约束,这也正是此次实现突破的技术路线。高能量的激光被送入一个顶针大装有氢气的圆筒内,即被称为托卡马克的环形反应堆。在反应堆内,氢气被加热到足够高的温度,以至于电子从氢原子核中剥离出来,形成所谓的等离子体——带正电的原子核和带负电的电子组成的云。磁场将等离子体困在圆圈内,原子核聚变在一起,以中子的形式释放能量向外飞。

  特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更加多信息而非盈利之目的,同时并不意味着赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权属于原本的作者所有,若有侵权,请联系我们删除。

  中核二三作为联合体成员单位成功中标ITER线日,国际热核聚变实验堆(ITER)组织正式确认将托卡马克核心安装标段真空室模块组装合同授予中核工程联合体团队,中核二三作为联合体主要成员单位,成功承接托卡马克核心安装标段真空室模块组装任务。真空室模块组装是将三大部件真空室、冷屏和环向场线圈在装配大厅进行集成组装后,整体吊装到托卡马克

  12月14日,在法国卡达拉奇,中核集团核工业西南物理研究院与国际热核聚变实验堆ITER总部签署协议,宣布新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放,邀请全世界科学家来中国集智攻关,共同追逐“人造太阳”能源梦想。ITER组织总干事彼得罗·巴拉巴斯基(PietroBARABASCHI)、副总干事罗德隆出席见证,IT

  美国能源部(DOE)日前宣布了4200万美元的项目,将建立多机构和多学科的研究中心,以推进惯性约束核聚变能源(inertialfusionenergy,IFE)科学和技术。这些中心将由科罗拉多州立大学、罗切斯特大学和劳伦斯·利弗莫尔国家实验室主导,去年劳伦斯·利弗莫尔国家实验室团队首次成功实现了聚变点火,证明

  国际热核聚变实验堆(ITER)计划被誉为全球最大的“人造太阳”,是多国合作的重要核聚变科研项目。日前,由东方电气集团承制的ITER18套极向场线悬挂梁在广州交付,将运往ITER法国现场,标志着由中国独立承担制造的磁体支撑系统全面交付。据ITER计划副总干事罗德隆透露,目前ITER第一等离子体

  近日,上海电气连续实现“首台套”突破:全球首台全高温超导托卡马克装置HH-70主机系统发运、全球首台EXL-50U紧凑型聚变装置真空室整体交付。随着聚变发电的热度持续上升,上海电气核电集团有限公司(以下简称“核电集团”)应势而动,积极布局,2022年以来,先后承接了上海能量奇点及河北新奥的核聚变

  12月14日,在法国卡达拉奇,中核集团核工业西南物理研究院与国际热核聚变实验堆ITER总部签署协议,宣布新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放,邀请全世界科学家来中国集智攻关,共同追逐“人造太阳”能源梦想。ITER组织总干事彼得罗·巴拉巴斯基(PietroBARABASCHI)、副总干事罗德隆出席见证,IT

  在5月30日2023中关村论坛的重大科学技术成果专场发布会上,一批面向世界科学技术前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康的重大科学技术成果正式对外发布,涵盖通用视觉大模型、30微米厚度柔性可折叠玻璃、钠离子电池、新一代人造太阳、北斗卫星通信融入大众智能手机等。以下为重大科学技术成果及发布单

  11月22日,全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆(ITER)的核心部件——被喻为ITER“防火墙”的增强热负荷第一壁取得重大进展,完成首件制造。并且,其核心指标显著优于设计的基本要求,具备了批量制造条件。这标志着中国全面突破“ITER增强热负荷第一壁”关键技术,实现该项核心科技持续领跑。科技部中国

  10月19日下午,中核集团科研团队再传佳绩,中国新一代“人造太阳”(HL-2M)科学研究取得突破性进展,HL-2M等离子体电流突破100万安培,创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。这标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步,跻身国际第一方阵,技术水平居国际前列。据中核集团介绍,等离子体电流

  近日,中核二三收到国际热核聚变实验堆(ITER)组织发来的中标通知书,由中核二三牵头与核工业西南物理研究院联合投标的ITER下部贯穿管和支撑生产制造项目中标。ITER是全球规模仅次于国际空间站的国际大科学工程计划,作为中核集团牵头的中法联合体组成单位之一,中核二三承担了该工程TAC1项目核心安装

  据美国能源信息署报道,2011年福岛第一核电站事故发生后,日本暂停了剩余48座核反应堆的运行,几乎完全依靠进口天然气来弥补发电量的损失。2015年,日本允许其第一座核反应堆恢复运行。截至2022年12月,日本已有11吉瓦的核电装机恢复使用,这减少了用于发电的液化天然气进口。(来源:国际能源小数据作

  据南非新闻24小时网站1月29日报道,南非电力部长拉莫科帕根据《电力管理法》(ERA)在宪报发布了一份通知,表示政府打算采购2500兆瓦的核能,这使南非向建设新核电站又迈进了一步。Eskom将成为电力的买家,矿产资源和能源部(DMRE)将负责工厂采购和建设的监管工作。民主联盟议员米勒姆称这一决

  核能依然是是法国能源和碳中和政策的核心(来源:零碳知识局文/饮马流花河)1月8日,法国《能源主权法案》草案正式公布,令人诧异的是,这项旨在定义法国气候行动目标和主要优先事项的草案删除了所有可再次生产的能源承诺和发展目标。然而,该法案对核能的规划却十分详细,包括了对法国电力公司EDF拥有的53座

  湖南:构建新能源汽车产业链,加快规模储能系统、氢能核能关键材料及部件规模化生产

  北极星储能网获悉,2月2日,湖南省人民政府办公厅发布关于印发《长株潭国家自主创新示范区提质升级行动计划》(以下简称《计划》)的通知。《计划》指出,巩固延伸优势产业。做大做强工程机械、轨道交通装备、现代农业、文化旅游等优势产业。发展新能源化、智能化工程机械产品,打造世界级工程机械产业

  1月27日,防城港核电“核光风储”绿色能源示范项目首期工程顺利竣工,基地内6栋楼屋顶光伏组件已全部并网,平均每日发电量约为2000kWh,接近于一个普普通通的家庭一年的用电量。项目首期工程实现高质量投产,标志着“核光风储”绿色能源示范项目基地建设迈出了坚实的第一步。自2023年11月8日项目开工建设以来