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我国下一代“人造太阳”启动工程设计—新闻—

发布时间:2017-12-03 阅读:

  中国新一代“人造太阳”推出工程设计 - 新闻中心 - 科技网

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  上图是使用磁场约束等离子体的托卡马克装置

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  以下图表CFETR概念图为受访者绘制地图

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  7月5日,中国的超导托卡马克实验装置(EAST)首次在世界上实现了数百秒的稳态高约束运行模式。

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  这是一个里程碑式的突破!为中国下一代核聚变装置的建设和国际核聚变清洁能源的开发利用打下坚实的技术基础。

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  东方的过去和现在的生活

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  如果说说EAST的科学名称的大型非圆截面超导托卡马克装置,可能不知道有多少人,但是如果人造小太阳,很多人都熟悉。

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  一百万千瓦电站需要50万吨煤,核电站需要30吨核燃料。热核聚变装置的等级只需要100公斤的重水和锂。与目前的核电站相比,热核聚变是非常安全的,因为核聚变产物只有氦气。资源同时是无限的,清洁的,所以科学家一直认为它是未来人类的终极能源。

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  50年来,人类渴望模拟太阳内核在地球上的融合,希望能够为发电厂提供惊人的稳定能源。托卡马克是人们获得完美能源的理想未来。

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  托卡马克最初是由苏联人发明的。中国科学院副院长宋云涛告诉“科学日报”,20世纪90年代初,中国用了400万元的生活用品,交换了价值1800万卢布的前苏联价值标签。

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  我们花了一年半的时间才把它们全部倒下,花了两年的时间把它放下来做了很多实验。其他国家已经做了几秒钟,我们上面做了这个装置1000万摄氏度持续60秒的放电,宋云涛告诉记者,热聚变会产生几亿摄氏度的等离子,高于太阳的中心温度甚至更高五六倍!它与周围的材料有很强的相互作用,需要控制的非常精确,准确到几毫米,零几毫秒以下,否则,只要是偏心的,什么东西都要摸什么。

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  如何实现人造阳光?科学家们已经想到了一种方法,用磁场暂停数十亿摄氏度的等离子火球,而不接触任何周围的容器材料。这一次,有可能加热,控制,然后创造一个人造太阳。

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  由于托卡马克磁场线圈采用传统铜线制造,消耗大量能量,利用超导技术更容易获得聚变能量。在托卡马克的基础上,中科院等离子研究所的科学家在短短的10年时间里,自主设计并建造了世界上第一台全超导托卡马克装置EAST。

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  作为世界上第一个全超导非圆形截面聚变实验装置,东方超级环形EAST集中了超高温,超低温,超大电流,超高压磁场和超高真空。

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  从设计到施工,我们自己做。整个项目国产化率达到90%以上,自主研发率达到70%以上,同时获得了拥有自主知识产权的技术和成果68项。宋先生告诉记者,EAST主要用于探索聚变能的工程和物理问题,为未来的能源发展提供新思路。现在,研究人员正在对EAST进行全面升级,为新一轮物理实验做准备。

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  每项技术都接近极限

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  1亿摄氏度,1000秒。这两个数字是中国科学院等离子体研究所核物理科学家和全球科学界前面两个难以形容的高峰。

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  对于人类使用的融合,意味着将氘和氚等离子体立即加热到1亿摄氏度至少1000秒,以产生持续的响应。这是东方超级环东的使命。数亿摄氏度和零下269摄氏度,科学研究的每一个界限都是高,精,尖的问题,挑战极限的开拓创新手段。

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  传导,对流和辐射造成的能量损失,为了尽量减少辐射损失,你必须使用真空。我们采用了五层真空,制成最大的保温杯,达到了1亿摄氏度和零下269摄氏度的冰天火灾的组合。宋云涛告诉记者,为了获得更长的放电时间,几乎所有的技术都必须采用当今世界的极限技术。

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  事实上,EAST只是世界上最大的能源合作项目ITER的四分之一。然而,尽管小麻雀,全天然,EAST的成功经验支持了ITER的建设,例如通过高温超导电流发展90 kA电流,ITER冷却能耗每次降低2/3或更多年;证明ITER磁铁电源设计风险并设计新方案。

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  目前,中国已经成为ITER七方采购方案的第一供应商。在核聚变领域,中国人不再是不可或缺的小角色。宋云涛自豪地说。

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  在基础科学研究创新的同时,东电也推动了我国核聚变相关的高科技加工产业的发展。

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  加工的难点是材料。为了控制数亿度的等离子体,首层防护层的重量高达8000吨。在等离子体超导体的生产车间,宋云涛指出,两个迭层高的环形导体。他告诉记者:这些指挥员每人的价值超过3000万元。这些看似普通的管道,却建造了天地:每根管子都是1000根细丝,捻成超导电缆。

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  这些超导导线可以被描述为EAST和ITER的生命线。由于地球的耐热材料将在核聚变反应的核心区域达到1亿摄氏度,并使等离子体与器壁的反应保持一定的距离,与这些超导线丝不可分。他们可以通过每秒6万安培的电流,产生100,000高斯的磁场,形成一个强大的电磁笼,将等离子体保持在空气中。

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  但是,这个技术在EAST成立之前还没有出现。之前中国的超导电线共计只有26公斤,而现在除了ITER每年供应150吨的预定外,产量还是绰绰有余。宋云涛说。

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  ITER的许多部分代表高附加值,这是国际竞争中的热点问题。该卷重量为396吨,比所有的EAST卷都大。我们的价格高于日本的100万元,我们正在用技术和质量赢得大白菜的历史将尽快完成!宋云涛说。

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  未来几年或启动聚变工程试验反应堆

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  热核聚变在过去的50年中发展非常迅速。世界上第一台真正的人造太阳ITER ITER需要在20年左右的时间内大面积,数百千瓦的时间验证项目的可行性,而东方超环要验证这个实验的可行性。

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  到50万摄氏度的等离子体为100.12秒,这是目前EAST所取得的成就,也是目前国际聚变反应最好的结果。 EAST差不多16个月17个月左右,综合参数可以翻番。 EAST将为ITER和下一代融合器件做出更多世界级的独特贡献。

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  核聚变到底什么时候能实现?未来如何做好中国的核聚变?针对上述问题,宋表示,目前在中国实施的东电实验装置已加入国际热核实验堆的国际合作,预计将建成中国自己的工程反应堆几年来展示发电。

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  中国下一代融合装置中国融合工程试验堆(CFETR)已于2011年进行设计研究,近几年来,该项目围绕中国磁约束聚变研究的重点,形成了清晰目标国家队。基于ITER和国际磁约束聚变反应堆的吸收和消化设计和技术,IET的CFETR设计方案收敛和补充。同时,该项目促进了广泛的国际合作。美国,德国,法国,意大利等世界发达国家都充分参与了CFETR的设计。俄罗斯同行也表示今后将更加深入地参与CFETR项目。

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  目前,CFETR器件已完成设计研究,并开始预计将在未来几年开始的工程设计。宋云涛自信地说,有了它,预计将在商业化后的50到60年。

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