核聚变能源,即利用热核聚产生巨大能量的能源。变其能量产生的方式,是经由重力将氢原子压缩加热成为高密度高温度的电浆状态,并进行核聚变反应以释放能量。

中文名

核聚变能源

方式

核聚变

领域

能源

应用

聚变电站

然而实际上,核聚变大概不会如物理学家期望的那样改变世界。事实证明,触发和控制核聚变进行自持反应(self-sustaining,指聚变产生中子数等于消耗中子数,使得反应平稳持续)所需的技术极为复杂。除此之外,第一代聚变反应堆肯定会价格不菲,本世纪内无法广泛应用。

摩西等人认为,能最快接近核聚变的途径莫过于“杂交技术”,即用聚变反应来加速核废料中的裂变反应。在这种被称为“激光惯性聚变引擎”(laser inertial fusion engine,life)的方法中,大功率激光束将能量聚焦在很小的靶丸上,能量冲击将点燃初级核聚变反应,聚变产生的中子向外传播,击中外面包裹的裂变物质壳层,壳层可以是来自核电站的乏燃料(spentfuel,使用过的燃料),也可以是军事上常用的贫铀(depleted uranium)。

放射性废料在中子的轰击下会触发更多衰变,释放出可用于发电的热,同时加速废料本身向稳定物质的转变(从而解决了核废料的处理问题)。摩西称,他能在2020年之前制造出一台基于life的工程原型,并在2030年之前实现并网发电。

换句话说,可以利用核聚变的实用反应堆距离现在,真的只有20年了。

核聚变的启动能量来源也是核聚变中也是很重要的,自从1994年被称为“国家点火设施”的激光核聚变计划被正式签发以来,美国科学家便将希望寄托在在这国家点火装置(nif)上了。国家点火装置(nif)位于美国加利福尼亚州劳伦斯一利弗莫尔国家实验室,有850名科学家和工程师。

另外大约有100名物理学家在那里设计实验。国家点火装置(nif)长215米,宽120米,大约同古罗马圆形竞技场一样大,是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统,它将模拟同太阳和其他恒星内部相似的条件,使氢原子核发生聚变形成氦核,并释放能量,其目的是成为第一个突破平衡点的设施,即激光在聚变反应中产生的能量大于它们所消耗的能量,从而在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。

nif注入激光系统由主振室、预放模块、输入探测包和预放光束传输系统四部分构成,负责产生全系统的种子脉冲,经过时间和空间整形、位相调制、放大和分束后,实现焦耳级输出。它将192条激光束集中于一个花生米大小的、装有重氢燃料的目标上。

每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180万焦耳能量的脉冲紫外光——这些能量是美国所有电站产生的电能的500倍还多。当这些脉冲撞击到目标反应室上,它们将产生x光。这些x光会集中于位于反应室中心装满重氢燃料的一个塑料封壳上。nif研究人员估计,x光将把燃料加热到一亿度,并施加足够的压力使重氢核生聚变反应。释放的能量将是输入能量的15倍还多。

国家点火装置已经基本上完成了其建设工作,它将于2009年3月竣工。届时,研究人员将开始准备为聚变点火,第一次实现暂定于2010年,核聚变实验定于2011年。调试工作包括进行一系列优化和测试实验,以获取点火实验所必需的关键激光参数和点火靶参数。这些调试工作将在第一次点火打靶前完成。

点火实验对靶工作性能的要求主要体现在:力能学性能、对称性,激波时序以及靶丸流体动力学。研究人员推测,一旦核聚变实验成功,我们将有可能在2020年建成第一座核聚变发电厂,而在那不久后,其会很快的商业化。在那一天,科学家们这几十年来追寻的梦想,将成为现实。

成都核工业西南物理研究院在受控核聚变实验装置——中国环流器二号a装置上首次实现了偏滤器位形下高约束模式运行。专家指出,这是我国磁约束聚变实验研究史上具有里程碑意义的重大进展,标志着中国磁约束聚变能源开发研究综合实力与水平得到了极大提高。

位于成都的核工业西南物理研究院在受控核聚变实验装置——中国环流器二号a装置上首次实现了偏滤器位形下高约束模式运行。

专家指出,这是中国磁约束聚变实验研究史上具有里程碑意义的重大进展,标志着中国磁约束聚变能源开发研究综合实力与水平得到了极大提高。欧洲物理学会主席瓦格纳等国际著名聚变专家闻讯后纷纷向中国科学家表示祝贺。

磁约束核聚变是利用强磁场约束高温高密度等离子体,从而产生可以控制的核聚变反应。按照普通的低约束模式运行,其装置规模极为庞大,加热及控制技术难度极高,建造及运行成本极为昂贵。高约束模式是实现聚变能源开发的关键一步,一直是核聚变科学领域的前沿研究难题。正在规划建设中的国际大科学工程――国际热核聚变实验堆将采用高约束模式运行。国际上只有美国、日本、欧洲的一些装置能实现高约束模式运行。

实现高约束模式运行,需要包括加热、控制(包括位形、密度、杂质、再循环控制的改善)、电源、器壁处理、偏滤器抽气及诊断等能力同时达到较高水平。

中国科学家致力于实现高约束模式的研究,进行了大量艰苦细致的工作。在国家有关部委的支持下,核工业西南物理研究院坚持自主创新,在中国环流器二号装置上完善了实验条件,进一步提高了装置性能。继2003年实现偏滤器位形放电后,又瞄准聚变前沿领域,自主研制了中国国内输出功率最大的中性束和电子回旋加热系统,在中国环流器二号a装置上首次实现了高约束模式运行。

核物理学家、中国科学院资深院士李正武说,实现高约束模式运行为开展国际聚变界热点问题的研究创造了一个全新的平台,为更高水平的研究创造了条件,必将加快中国聚变能源研究的步伐。