浅谈核能的发展
经过了一个学期的新能源技术课程的学习,老师给我们介绍了包括太阳能、风能、生物质能和核能等能源的历史和发展的现状。不可否认的是,现今社会,能源已经成为整个世界的问题,工业革命推动了社会的发展,同时加大了对能源的需求。而随着人类社会的进步,人们的生活水平提高,例如汽车、空调的普及,对能源的需求量大大增加。
因为化石燃料开采和利用容易,所以早早的成为了我们熟知的能源,但是化石燃料有限,而且化石燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳,甚至一些有毒气体。二氧化碳的产生加剧了温室效应,甚至危机到了人类的生存,人毕竟不是植物,蔬菜大棚中通入二氧化碳可以增加产量,但是人类可不适应生活在逐渐变暖的地球上。所以为了弥补化石燃料的短缺,减少二氧化碳及有毒气体的排放,我们急需发展新型的可替代能源。
小时候就被原子弹、氢弹爆炸所产生的巨大能量震撼到,所以,一直觉得核能是威力巨大,具有很强的神秘色彩。核能也引起了我十分想去探寻它奥秘的兴趣,于是通过上课老师的介绍,课后也查阅一些资料,看了网易公开课上中国工程院院士万元熙主讲的 《核聚变——人类理想新能源》。对核能以及核能的裂变和聚变的应用有了更全面的了解。
先来介绍一下核能,核能(或称原子能)是通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc² ,其中E=能量,m=质量,c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放:1、核裂变,打开原子核的结合力。2、核聚变,原子的粒子熔合在一起。3、核衰变,自然的慢得多的释能形式。其中,重核裂变和请核聚变是现在核能利用的两种形式: 重核裂变是指一个重原子核,分裂成两个或多个中等原子量的原子核,引起链式反应,从而释放出巨大的能量。例如,当用一个中子轰击U-235的原子核时,它就会分裂成两个质量较小的原子核,同时产生2—3个中子和β、γ等射线,并释放出约200兆电子伏特的能量。如果再有一个新产生的中子去轰击另一个铀-235原子核,便引起新的裂变,以此类推,裂变反应不断地持续下去,从而形成了裂变链式反应,与此同时,核能也连续不断地释放出来。
轻核聚变是指在高温下(几百万度以上) 两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并放出大量能量的过程,也称热核反应。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力,因此在一般的温度和压力下,很难发生聚变反应。而在太阳等恒星内部,压力和温度都极高,所以就使得轻核有了足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行,故称为" 热核聚变反应" 。
核能的利用主要是在于利用核能发电,目前利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉,以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外(见轻水堆),其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热,在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水,然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的过饱和蒸汽,经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热,将水加热成高温高压,利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍),比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%-4%,其馀皆为无法产生核分裂的铀238。
站相比于一般的火力发电主要优势在于:
1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染。
2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
3.核能发电所使用的铀燃料,除了发电外,暂时没有其他的用途。
4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。
5.核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。
6.核能发电实际上是最安全的电力生产方式. 相比较而言,在煤炭、石油和天然气的开采过程中,爆炸和坍塌事故已杀死了成千上万的从业者。
虽然我们也不能忽略核电站的一些缺点,例如核能电厂会产生高低阶放射性废料,需要妥善处理,不然会造成放射性污染。热效率比较低,所以核电站热污染比较严重。还有就是民众对核能的了解不深,会给核电站的建设增加舆论的压力。
然而,现今社会全世界几乎16%的电能是由441座核反应堆生产的,而其中有9个国家的40%多的能源生产来自核能。在这一领域,国际原子能机构作为隶属联合国大家庭的一个国际机构,对和平利用、开发原子能的活动积极加以扶持,并且为核安全和环保确立了相应的国际标准。国际原子能机构还对其他几个核安全方面的国际条约担负着保存任务。这些国际条约包括:《核材料实物保护公约》,《维也纳核损害民事责任公约》,《核安全公约》以及《废燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》。最后一个公约是针对核安全问题的第一个国际性的法律文书。有权威部门的监督,和各个国家的合作,分享技术,并且核电站严格按照标准运行,我认为还是非常安全可靠的。
重核裂变的核电站,因为铀燃料本身就不够稳定,会裂变成一个,两个,三个„„碎片,释放出能量,从而发生链式反应产生热,所以重核裂变的核电站,并不是要让反应发生,而是要让反应可以得到控制,为了防止发生链式爆炸,通常在反应堆中要严格控制中子不断增殖的过程,所以反应堆中会插入一些镉棒来吸收中子,从而达到控制反应进行的作用。
然而科学家并没有把发展的眼光局限于重核裂变的利用中,积极开展轻核聚变的研究当中。
轻核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变,核聚变反应主要借助氢同位素。
核聚变能利用的燃料是氘(D )和氚。氘在海水中大量存在。海水中大约每6500个氢原子中就有一个氘原子,海水中氘的总量约45万亿吨。每升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按世界消耗的能量计算,海水中氘的聚变能可用几百亿年。氚可以由锂制造。锂主要有锂-6和锂-7两种同位素。锂-6吸收一个热中子后,可以变成氚并放出能量。锂-7要吸收快中子才能变成氚。地球上锂的储量虽比氘少得多,也有两千多亿吨。用它来制造氚,足够用到人类使用氘、氘聚变的年代。因此,核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。
在可以预见的地球上人类生存的时间内,水的氘,足以满足人类未来几十亿年对能源的需要。从这个意义上说,地球上的聚变燃料,对于满足未来的需要说来,是无限丰富的,聚变能源的开发,将“一劳永逸”地解决人类的能源需要。六十多年来科学家们不懈的努力,已在这方面为人类展现出美好的前景。
轻核核聚变相比于重核裂变优势在于,轻核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射,不产生核废料,当然也不产生温室气体,基本不污染环境,而且聚变的原料易得,核聚变的原料是重水,可以直接从海水中提炼,并且地球中储量极大。所以科学家们希望发明一种装置,可以有效控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定的输出。
核聚变发展遇到的首要问题就是核聚变的反应条件是——需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应,所以说,研究可控核聚变的最关键问题是:
1. 怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度?
2. 将核聚变的原料加热到这么高的温度以后拿什么来装它?
下面,针对上述两大关键问题来进行讨论,1、怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度?从上世纪60年代开始,激光器的发明,为如何将物质加热到极高能量这一问题打开了一条门缝。最早是苏联专家开始考虑使用激光加热核聚变的原料,因为该方法能量大,而且无需与被加热物质接触,简单理解就是类似于拿阳光聚焦之后点燃木屑。但是单个激光器的能量太低,所以为了解决这样的问题,需要将多个激光器的能量聚焦于同一点。该问题看似简单,实则非常困难。因为必须保证在短暂的加热时间内,被加热物体的所有方向受热均匀,一致向球心坍缩(简单理解就是将被加热物质想象成一个足球,如果想要挤压足球内部的空气,最好的方法就是从四面八方一起用力,使其体积被压缩。如果仅仅从两个方向使劲,则足球会变形,足球内部的空气被挤压效果就会大打折扣)。这不仅需要每个激光器对准的方向控制地异常精确,也需要在这一极短的时间内每个激光器的能量大小需要严格控制。目前在该领域美国的研究进展是最快的,不过现在科学家也算解决了核聚变的启动问题。
关于第二个问题要把这个高达上亿摄氏度的反应体放在哪里呢?迄今为止,人类还没有造出任何能经受1万摄氏度的化学结构,更不要说上亿摄氏度了。不过人类是很聪明的,不能用化学结构的方法解决问题,我们就用物理的试验一下。早在50多年前,两种约束高温反应体的理论就产生了,一种是惯性约束,另一种就是磁力约束。这一问题也是各个国家紧密合作和研究的问题。
惯性约束聚变的实作概念,是在极短时间内,以多束高能量脉冲激光,同时照射在一个固态球状核燃料(通常是混合了氘与氚所作成的)上。当激光照射在燃料层的外层时,将燃料球外层加热至等离子体化,并产生爆裂。根据牛顿第三运动定律,外层爆裂所出现的反作用力,形成震波向内传播,造成内爆,压迫内部的氘与氚,形成高压高温,造成自发性的燃烧,产生连锁反应,最终诱发核聚变反应。
因为之前看过磁力约束的资料,在此详细介绍一下,用通俗易懂的话来讲磁力约束的原理:由于原子核是带正电的,那么我的磁场只要足够强大,你就跑不出去,建立一个环形的磁场,那么你就只能沿着磁力线的方向,沿着螺旋形运动,跑不出我的范围。
磁力约束核聚变发展的现状:为实现磁力约束,需要一个能产生足够强的环形磁场的装置,这种装置就被称作“托克马克装置”——TOKAMAK ,也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。早在1954年,在原苏联库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置。但该装置是个不稳定的东西, 直到1970年该装置才有实际的能量输出。
目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超托卡马克装置,法国的Tore -Supra ,俄罗斯的T-15,日本的JT-60U ,和中国的EAST 。除了EAST 以外,其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”,它们的水平线圈是超导的,垂直线圈则是常规的,因此还是会受到电阻的困扰。此外他们三个的线圈截面都是圆形的,而为了增加反应体的容积,EAST 则第一次尝试做成了非圆型截面。
中国发展的EAST ,原名HT -7U ,又被称为“人造太阳”,是中国科学院等离子体物理研究所在中国安徽省省会合肥市建设的世界第一个全超导磁体托卡马克核聚变反应试验性装置,属于中国国家“九五”重大科学工程。EAST 项目的意义,EAST 将使中国核聚变研究计入国际先进水平,为未来先进核聚变反应堆的工程技术核物理基础、为人类能在21世纪后半叶实际使用聚变能做出贡献。
EAST是中国核聚变研究的一个重要里程碑,并将为未来的国际热核聚变实验反应堆(ITER )提供技术试验温床。
ITER是International Thermonuclear Experimental Reactor的简写,全称国际热核
聚变实验反应堆,也被人们形象地称为人造太阳,地点设在法国的南部小城卡达拉舍。2008年,ITER 装置进入实地建造阶段。它占地180公顷,共由39栋建筑组成,实验堆主体直径28米,高30米,聚变功率相当于50万千瓦电站的核反应堆。按当前计划,ITER 装置预计2019年基本建成,预计2027年开展氘氚聚变实验。为欧盟、美国、中国、日本、韩国、印度和俄罗斯等七方共同参与。
ITER设计总聚变功率将达到50万千瓦,是一个电站规模的实验反应堆。其作用和任务是,用具有电站规模的实验堆证明氘氚等离子体的受控点火和持续燃烧,验证聚变反应堆系统的工程可行性,综合测试聚变发电所需的高热流与核部件,实现稳态运行。
经过近5 年的艰苦谈判,2006 年11 月21 日在法国爱丽舍宫,参与ITER 计划的谈判七方共同签署了《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织协定》和《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织特权和豁免协定》以及其他相关文件。至此,ITER 计划谈判圆满结束。12 月1 日ITER 临时国际组织成立,ITER 计划正式开始实施。
ITER 的意义:ITER 计划是规模仅次于国际空间站的一项重大的多边大科学国际合作计划,也是我国有史以来有机会、有能力、以平等伙伴身份参加的规模最大的国际科技合作项目。参加ITER 计划,为国家未来能源可持续发展做出的重大决策,彰显了我国对全球重大发展问题负责任的态度和积极参与国际科技合作、充分利用国际科技资源促进自主创新的雄心和决心。
目前看来磁约束核聚变可行性最好,希望通过国际组织的合作,让核聚变发电成为可能,缓解世界的能源危机,并且可以解决化石燃料燃烧带来的环境问题。
为了我们整个社会可以可持续得健康发展,希望我们也可以从身边做起,节约能源。有效得利用核能,我认为是解决当今社会能源问题一条好的出路,因为化石燃料的利用污染严重,加重温室效应,而且资源也即将枯竭,所以全社会都应该相互合作,开发和利用好新型能源。
姓名:黄瑞彬
学号:[1**********]6
过程装备控制工程1102班
浅谈核能的发展
经过了一个学期的新能源技术课程的学习,老师给我们介绍了包括太阳能、风能、生物质能和核能等能源的历史和发展的现状。不可否认的是,现今社会,能源已经成为整个世界的问题,工业革命推动了社会的发展,同时加大了对能源的需求。而随着人类社会的进步,人们的生活水平提高,例如汽车、空调的普及,对能源的需求量大大增加。
因为化石燃料开采和利用容易,所以早早的成为了我们熟知的能源,但是化石燃料有限,而且化石燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳,甚至一些有毒气体。二氧化碳的产生加剧了温室效应,甚至危机到了人类的生存,人毕竟不是植物,蔬菜大棚中通入二氧化碳可以增加产量,但是人类可不适应生活在逐渐变暖的地球上。所以为了弥补化石燃料的短缺,减少二氧化碳及有毒气体的排放,我们急需发展新型的可替代能源。
小时候就被原子弹、氢弹爆炸所产生的巨大能量震撼到,所以,一直觉得核能是威力巨大,具有很强的神秘色彩。核能也引起了我十分想去探寻它奥秘的兴趣,于是通过上课老师的介绍,课后也查阅一些资料,看了网易公开课上中国工程院院士万元熙主讲的 《核聚变——人类理想新能源》。对核能以及核能的裂变和聚变的应用有了更全面的了解。
先来介绍一下核能,核能(或称原子能)是通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc² ,其中E=能量,m=质量,c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放:1、核裂变,打开原子核的结合力。2、核聚变,原子的粒子熔合在一起。3、核衰变,自然的慢得多的释能形式。其中,重核裂变和请核聚变是现在核能利用的两种形式: 重核裂变是指一个重原子核,分裂成两个或多个中等原子量的原子核,引起链式反应,从而释放出巨大的能量。例如,当用一个中子轰击U-235的原子核时,它就会分裂成两个质量较小的原子核,同时产生2—3个中子和β、γ等射线,并释放出约200兆电子伏特的能量。如果再有一个新产生的中子去轰击另一个铀-235原子核,便引起新的裂变,以此类推,裂变反应不断地持续下去,从而形成了裂变链式反应,与此同时,核能也连续不断地释放出来。
轻核聚变是指在高温下(几百万度以上) 两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并放出大量能量的过程,也称热核反应。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力,因此在一般的温度和压力下,很难发生聚变反应。而在太阳等恒星内部,压力和温度都极高,所以就使得轻核有了足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行,故称为" 热核聚变反应" 。
核能的利用主要是在于利用核能发电,目前利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉,以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外(见轻水堆),其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热,在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水,然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的过饱和蒸汽,经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热,将水加热成高温高压,利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍),比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%-4%,其馀皆为无法产生核分裂的铀238。
站相比于一般的火力发电主要优势在于:
1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染。
2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
3.核能发电所使用的铀燃料,除了发电外,暂时没有其他的用途。
4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。
5.核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。
6.核能发电实际上是最安全的电力生产方式. 相比较而言,在煤炭、石油和天然气的开采过程中,爆炸和坍塌事故已杀死了成千上万的从业者。
虽然我们也不能忽略核电站的一些缺点,例如核能电厂会产生高低阶放射性废料,需要妥善处理,不然会造成放射性污染。热效率比较低,所以核电站热污染比较严重。还有就是民众对核能的了解不深,会给核电站的建设增加舆论的压力。
然而,现今社会全世界几乎16%的电能是由441座核反应堆生产的,而其中有9个国家的40%多的能源生产来自核能。在这一领域,国际原子能机构作为隶属联合国大家庭的一个国际机构,对和平利用、开发原子能的活动积极加以扶持,并且为核安全和环保确立了相应的国际标准。国际原子能机构还对其他几个核安全方面的国际条约担负着保存任务。这些国际条约包括:《核材料实物保护公约》,《维也纳核损害民事责任公约》,《核安全公约》以及《废燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》。最后一个公约是针对核安全问题的第一个国际性的法律文书。有权威部门的监督,和各个国家的合作,分享技术,并且核电站严格按照标准运行,我认为还是非常安全可靠的。
重核裂变的核电站,因为铀燃料本身就不够稳定,会裂变成一个,两个,三个„„碎片,释放出能量,从而发生链式反应产生热,所以重核裂变的核电站,并不是要让反应发生,而是要让反应可以得到控制,为了防止发生链式爆炸,通常在反应堆中要严格控制中子不断增殖的过程,所以反应堆中会插入一些镉棒来吸收中子,从而达到控制反应进行的作用。
然而科学家并没有把发展的眼光局限于重核裂变的利用中,积极开展轻核聚变的研究当中。
轻核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变,核聚变反应主要借助氢同位素。
核聚变能利用的燃料是氘(D )和氚。氘在海水中大量存在。海水中大约每6500个氢原子中就有一个氘原子,海水中氘的总量约45万亿吨。每升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按世界消耗的能量计算,海水中氘的聚变能可用几百亿年。氚可以由锂制造。锂主要有锂-6和锂-7两种同位素。锂-6吸收一个热中子后,可以变成氚并放出能量。锂-7要吸收快中子才能变成氚。地球上锂的储量虽比氘少得多,也有两千多亿吨。用它来制造氚,足够用到人类使用氘、氘聚变的年代。因此,核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。
在可以预见的地球上人类生存的时间内,水的氘,足以满足人类未来几十亿年对能源的需要。从这个意义上说,地球上的聚变燃料,对于满足未来的需要说来,是无限丰富的,聚变能源的开发,将“一劳永逸”地解决人类的能源需要。六十多年来科学家们不懈的努力,已在这方面为人类展现出美好的前景。
轻核核聚变相比于重核裂变优势在于,轻核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射,不产生核废料,当然也不产生温室气体,基本不污染环境,而且聚变的原料易得,核聚变的原料是重水,可以直接从海水中提炼,并且地球中储量极大。所以科学家们希望发明一种装置,可以有效控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定的输出。
核聚变发展遇到的首要问题就是核聚变的反应条件是——需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应,所以说,研究可控核聚变的最关键问题是:
1. 怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度?
2. 将核聚变的原料加热到这么高的温度以后拿什么来装它?
下面,针对上述两大关键问题来进行讨论,1、怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度?从上世纪60年代开始,激光器的发明,为如何将物质加热到极高能量这一问题打开了一条门缝。最早是苏联专家开始考虑使用激光加热核聚变的原料,因为该方法能量大,而且无需与被加热物质接触,简单理解就是类似于拿阳光聚焦之后点燃木屑。但是单个激光器的能量太低,所以为了解决这样的问题,需要将多个激光器的能量聚焦于同一点。该问题看似简单,实则非常困难。因为必须保证在短暂的加热时间内,被加热物体的所有方向受热均匀,一致向球心坍缩(简单理解就是将被加热物质想象成一个足球,如果想要挤压足球内部的空气,最好的方法就是从四面八方一起用力,使其体积被压缩。如果仅仅从两个方向使劲,则足球会变形,足球内部的空气被挤压效果就会大打折扣)。这不仅需要每个激光器对准的方向控制地异常精确,也需要在这一极短的时间内每个激光器的能量大小需要严格控制。目前在该领域美国的研究进展是最快的,不过现在科学家也算解决了核聚变的启动问题。
关于第二个问题要把这个高达上亿摄氏度的反应体放在哪里呢?迄今为止,人类还没有造出任何能经受1万摄氏度的化学结构,更不要说上亿摄氏度了。不过人类是很聪明的,不能用化学结构的方法解决问题,我们就用物理的试验一下。早在50多年前,两种约束高温反应体的理论就产生了,一种是惯性约束,另一种就是磁力约束。这一问题也是各个国家紧密合作和研究的问题。
惯性约束聚变的实作概念,是在极短时间内,以多束高能量脉冲激光,同时照射在一个固态球状核燃料(通常是混合了氘与氚所作成的)上。当激光照射在燃料层的外层时,将燃料球外层加热至等离子体化,并产生爆裂。根据牛顿第三运动定律,外层爆裂所出现的反作用力,形成震波向内传播,造成内爆,压迫内部的氘与氚,形成高压高温,造成自发性的燃烧,产生连锁反应,最终诱发核聚变反应。
因为之前看过磁力约束的资料,在此详细介绍一下,用通俗易懂的话来讲磁力约束的原理:由于原子核是带正电的,那么我的磁场只要足够强大,你就跑不出去,建立一个环形的磁场,那么你就只能沿着磁力线的方向,沿着螺旋形运动,跑不出我的范围。
磁力约束核聚变发展的现状:为实现磁力约束,需要一个能产生足够强的环形磁场的装置,这种装置就被称作“托克马克装置”——TOKAMAK ,也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。早在1954年,在原苏联库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置。但该装置是个不稳定的东西, 直到1970年该装置才有实际的能量输出。
目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超托卡马克装置,法国的Tore -Supra ,俄罗斯的T-15,日本的JT-60U ,和中国的EAST 。除了EAST 以外,其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”,它们的水平线圈是超导的,垂直线圈则是常规的,因此还是会受到电阻的困扰。此外他们三个的线圈截面都是圆形的,而为了增加反应体的容积,EAST 则第一次尝试做成了非圆型截面。
中国发展的EAST ,原名HT -7U ,又被称为“人造太阳”,是中国科学院等离子体物理研究所在中国安徽省省会合肥市建设的世界第一个全超导磁体托卡马克核聚变反应试验性装置,属于中国国家“九五”重大科学工程。EAST 项目的意义,EAST 将使中国核聚变研究计入国际先进水平,为未来先进核聚变反应堆的工程技术核物理基础、为人类能在21世纪后半叶实际使用聚变能做出贡献。
EAST是中国核聚变研究的一个重要里程碑,并将为未来的国际热核聚变实验反应堆(ITER )提供技术试验温床。
ITER是International Thermonuclear Experimental Reactor的简写,全称国际热核
聚变实验反应堆,也被人们形象地称为人造太阳,地点设在法国的南部小城卡达拉舍。2008年,ITER 装置进入实地建造阶段。它占地180公顷,共由39栋建筑组成,实验堆主体直径28米,高30米,聚变功率相当于50万千瓦电站的核反应堆。按当前计划,ITER 装置预计2019年基本建成,预计2027年开展氘氚聚变实验。为欧盟、美国、中国、日本、韩国、印度和俄罗斯等七方共同参与。
ITER设计总聚变功率将达到50万千瓦,是一个电站规模的实验反应堆。其作用和任务是,用具有电站规模的实验堆证明氘氚等离子体的受控点火和持续燃烧,验证聚变反应堆系统的工程可行性,综合测试聚变发电所需的高热流与核部件,实现稳态运行。
经过近5 年的艰苦谈判,2006 年11 月21 日在法国爱丽舍宫,参与ITER 计划的谈判七方共同签署了《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织协定》和《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织特权和豁免协定》以及其他相关文件。至此,ITER 计划谈判圆满结束。12 月1 日ITER 临时国际组织成立,ITER 计划正式开始实施。
ITER 的意义:ITER 计划是规模仅次于国际空间站的一项重大的多边大科学国际合作计划,也是我国有史以来有机会、有能力、以平等伙伴身份参加的规模最大的国际科技合作项目。参加ITER 计划,为国家未来能源可持续发展做出的重大决策,彰显了我国对全球重大发展问题负责任的态度和积极参与国际科技合作、充分利用国际科技资源促进自主创新的雄心和决心。
目前看来磁约束核聚变可行性最好,希望通过国际组织的合作,让核聚变发电成为可能,缓解世界的能源危机,并且可以解决化石燃料燃烧带来的环境问题。
为了我们整个社会可以可持续得健康发展,希望我们也可以从身边做起,节约能源。有效得利用核能,我认为是解决当今社会能源问题一条好的出路,因为化石燃料的利用污染严重,加重温室效应,而且资源也即将枯竭,所以全社会都应该相互合作,开发和利用好新型能源。
姓名:黄瑞彬
学号:[1**********]6
过程装备控制工程1102班