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可控核聚变突破:首次实现等离子体放电  

2015-12-14 15:37:52|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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可控核聚变突破:首次实现等离子体放电

 

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可控核聚变一直被认为是解决能源问题的主要选择。1公

斤核聚变原料产生的电能等同于1.1万吨煤产生的电能,

而核聚变反应所需的氚和氘在自然界中广泛存在,核聚

变反应堆比目前核电站的核裂变反应堆产生的核废料更

少,放射性也会在短期内消失。因此,可控核聚变也一

直是人类研究的重点。近日,科学家在这一研究上又迈

出重要一步。

12月10日,德国马克斯?普朗克研究所下属的等离子体物

理研究所宣布,用于研究核聚变反应的世界最大仿星器

“螺旋石7-X”当天开始运行,并首次制造出氦等离子

体。

成功的开始

位于格赖夫斯瓦尔德的马克斯?普朗克等离子体物理研究

所10日宣布其在“螺旋石7-X”装置上,实现首次氦等

离子体放电。在超过一年的技术准备和实验后,实验运

行已经按照计划实施。“螺旋石7-X”是世界上最大的

仿星器聚变装置,用来研究仿星器装置应用于聚变电站

的适用性和可行性。

当日,研究人员启动磁场,以及计算机运行的实验控制

系统。然后,向排空后的等离子体室中注入大约一毫克

氦气,并打开1.3兆瓦脉冲的微波加热,——随后,工作

人员在观察和测量装置中看到了第一束等离子体。

首次等离子体放电持续了十分之一秒,温度达到了

1000,000摄氏度。第一天的实验结束后,“我们非常满

意,”Hans-Stephan Bosch博士说,他所在的部门负责

“螺旋石7-X”的运行,“一切都按计划进行。”下一

个任务是延长等离子体放电的时间,并研究使用微波产

生和加热氦等离子体的最好方法。

“我们从惰性气体氦气开始制造等离子体,明年我们才

会换成真正的研究对象——氢等离子体,”项目主管

Thomas Klinger教授说,“因为将氦气变成等离子体更

为容易,我们还能用氦等离子体清洁容器表面。”

“螺旋石7-X”项目由马克斯?普朗克等离子体物理研究

所承建,位于德国东北部城市格赖夫斯瓦尔德。该项目

在20世纪末期就开始筹划,组装阶段于2005年4月开始。

该项目成本约为10亿欧元,在9年的建设工作和超过

1000,000个小时的部件装配工作后,“螺旋石7-X”的

主要部件已在2014年4月装配完成。德国联邦政府承担大

约七成费用,此外还获得欧洲多家科研机构和企业的支

持。

扩展阅读:仿星器与托卡马克

可控核聚变的原理是模拟发生在太阳上的核聚变,将等

离子态的氢同位素氘和氚约束起来,并加热至1亿摄氏度

左右发生聚变,以获得持续不断的能量。

等离子体约束技术是可控核聚变的一个核心课题,仿星

器借助外导体的电流等产生的磁场约束等离子体,优点

是能够连续稳定运行,是目前较有希望的可控核聚变装

置类型之一。

除了仿星器外,目前还有另一种利用磁场进行等离子体

约束的装置——托卡马克。事实上,在磁约束聚变研究

中,托卡马克更受喜爱:目前世界各地有超过三十六台

托卡马克正在运作,而史上一共曾建造过200多台。因为

他们容易建造,而且在过去作为核反应堆比仿星器性能

更好。

仿星器曾被称为核聚变反应堆中的“黑马”——它以难

以建造而“臭名昭著”。和托卡马克相比,仿星器复杂

得简直像个人类难以理解的天外来物。顾名思义,仿星

器就是对恒星的模仿,实际上是一种核聚变反应研究设

备。

按照设计,仿星器通过模仿恒星内部持续不断的核聚变

反应,将等离子态的氢同位素氚和氘约束起来,并加热

至1亿摄氏度的高温,发生核聚变以获得持续不断的能量

。马克斯?普朗克研究所同时拥有这两种不同类型的核聚

变研究装置。与目前常用的以环形封闭磁场约束等离子

体、实现可控核聚变的“托克马克”方式相比,“螺旋

石7-X”不但安全性更高,其最大特点是一次运行可以

连续约束超高温等离子体长达30分钟,而“托克马克”

方式的这一约束时间最高纪录仅为6分30秒。

实现对超高温等离子体的长时间约束意味着控制核聚变

的进程,也就是说可以控制核聚变的开始和停止,并随

时对反应速度进行调控。因此“螺旋石7-X”等仿星器

设计方案被认为是未来核电站反应堆的发展方向。


 

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