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]    有激光约束核聚变、磁约束核聚变等形式。

    很有可能,她就是人类解决能源问题的“道路”。

    。

    建设起自己的大型托卡马克装置,欧洲建设了联合环-JET,苏联建设了T20(后来缩水成了T15,线圈小了,但是上了超导),日本的JT-60和美国的TFTR(托卡马克聚变实验反应器的缩写)。

    2005年正式确定的国际合作项目ITER,也就是国际热核实验反应堆的缩写,这个项目从1985年开始,由苏联、美国、日本和欧共同提出,目的是建立第一个试验用的聚变反应堆。(注意:ITER已经不是托卡马克装置了,而是试验反应堆,这是一大进步)最初方案是2010年建成一个实验堆,实现1500兆瓦功率输出,造价100亿美元。

    TOKAMAK

    具有原料充足、经济性能优异、安全可靠、无环境污染等优势。

    氘在地球的海水中藏量丰富,多达40万亿吨,如果全部用于聚变反应,释放出的能量足够人类使用几百亿年,而且反应产物是无放射性污染的氦。

    可控核聚变,一定条件下,控制核聚变的速度和规模,以实现安全、持续、平稳的能量输出的核聚变反应。m.gudengge.com

    别小看这个十亿分之一,这使得全世界看到了希望,于是全世界都在这种激励下大干快上,纷纷

    直到1970年,前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际的能量输出,不过要用当时最高级设备才能测出来,Q值大约是10亿分之一。

    ITER的研究远非一个托卡马克装置,它还有很多难题需要攻克,地雷战里说“各村有各村的高招”。

    没想到因为各国想法不同,苏联解体,加上技术手段的限制,一直到了2000年也没有结果,其间美国中途退出,ITER出现胎死腹中的危险。

    紧接着,韩国和印度也宣布加入。

    日本的外围设备研究就远远走在了其他国家前面,他们在托卡马克点火领域就很先进,不用高压变压器,直接使用高频电流制造核聚变点火的高温等离子体电流,就已经在日本试验成功了,大功率激光点火也接近完善。

    1993年,美国在TFTR上使用氘、氚1:1的燃料,两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦,Q值达到了0.28。1997年9月,联合欧洲环创1.29万千瓦的世界纪录,Q值达0.60,持续了2秒。仅过了39天,输出功率又提高到1.61万千瓦,Q值达到0.65。三个月以后,日本的JT-60上成功进行了氘-氘反应实验,换算到氘-氚反应,Q值可以达到1。后来,Q值又超过了1.25。这是第一次Q值大于1,尽管氘-氘反应是不能实用的(这个后面再说),但是托卡马克理论上可以真正产生能量了。在这个大环境下,中国也不例外,在70年代就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号(HL-1)和CT-6,后来又建设了HT-6,HT-6B,以及改建了HL1M,新建了环流2号。有种说法,说中国的托卡马克装置研究是从俄罗斯赠送设备开始的,这是不对的,HT6/HL1的建设都早于俄罗斯赠送的HT-7系统。HT-7以前,中国的几个设备都是普通的托卡马克装置,而俄罗斯赠送的HT-7则是中国第一个“超托卡马克”装置。什么是“超托卡马克装置”呢?回过头来说,托卡马克装置的核心就是磁场,要产生磁场就要用线圈,就要通电,有线圈就有导线,有导线就有电阻。托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场,就要给导线通过越大的电流,这个时候,导线里的电阻就出现了,电阻使得线圈的效率降低,同时限制通过大的电流,不能产生足够的磁场。托卡马克貌似走到了尽头。幸好,超导技术的发展使得托卡马克峰回路转,只要把线圈做成超导体,理论上就可以解决大电流和损耗的问题,于是,使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了,这就是超托卡马克。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。此外,在建的还有德国的螺旋石-7,规模比EAST大,但是技术水平差不多。

    因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少,而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料,这些因素限制了裂变能的发展。

    这些托卡马克装置一次次把能量增益因子(Q)值的纪录刷新,1991年欧洲的联合环实现了核聚变史上第一次氘-氚运行实验,使用6:1的氘氚混合燃料,受控核聚变反应持续了2秒钟,获得了0.17万千瓦输出功率,Q值达0.12。

    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)人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。

    因此,聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。

    其实不然,要想能够投入实际使用,必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行,称作能量增益因子——Q值。

    这种装置就被称作“托卡马克装置”——TOKAMAK,也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。

    具体实现方式

    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。貌似很顺利吧?

    核能包括裂变能和聚变能两种主要形式。

    ITER凑巧是拉丁语“道路”,可见大家对这个东西抱有多大的希望。

    2005年ITER正式立项,地点在法国的卡达拉申,基本设计不变,力争2015年前全面完成,造价120亿美元,欧盟出40%,法、中、日、美各出10%,剩下的想让别人平摊,韩国印度不干,力争让俄国也出10%,自己出5%(最终美、日、俄、中、韩、印各出约9%)。

    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。

    直到2003年,能源危机加剧,各国又重视起来,首先是中国宣布加入了ITER计划,欧洲、日本和俄罗斯自然很高兴,随后美国宣布重返计划。

    可控核聚变俗称人造太阳,因为太阳的原理就是核聚变反应。(核聚变反应主要借助氢同位素。

    但是ITER建设中,还有大量的技术问题需要解决,需要有一个原型可以参考,在此基础上,各国的先进超托卡马克装置就成了设计ITER的蓝本。

    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。

    如果ITER能成功,下一步就是利用ITER的技术,设计和建造示范商用堆,到那时,离真正的商业核聚变发电就不远了。

    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。

    另外,由于核聚变需要极高温度,一旦某一环节出现问题,燃料温度下降,聚变反应就会自动中止。

    也就是说,聚变堆是次临界堆,绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核(核裂变)电站的事故,它是安全的。

    因技术难度极高,尚处于实验阶段。[1]

    另一种核能形式是目前尚未实现商用化的聚变能。

    ITER

    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,这种反应在太阳上已经持续了50亿年。

    裂变能是重金属元素的原子通过裂变而释放的巨大能量,已经实现商用化。

    当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西,搞了十几年,也没有得到能量输出。

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