做真正的能源強國!中國可控核聚變領域再突破,未來能源咱說了算

據人民日報10月15日報道,記者近日獲悉:中國科學院合肥物質科學研究院核能安全技術研究所項目團隊研製的液態金屬鋰實驗迴路,在國內首次實現1500K(相當於1227攝氏度)超高溫穩定運行1000小時,標誌著我國先進核能系統液態金屬冷卻劑關鍵技術取得新突破。


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1227攝氏度是什麼概念呢?現代飛機制造大量使用的鋁,它的熔點只有660攝氏度;銅作為我們日常生活中又一常見的金屬,它的熔點稍高,也只有1083攝氏度,同樣扛不住1227攝氏度的高溫。


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現代飛機機身大規模應用鋁合金



在研製過程中,項目團隊攻克了在超高溫液態鋰工質環境下裝置的結構應力協調、浸入式測量與流動穩定性控制等難題。目前,該回路已經開展了系列高溫難熔合金在1400K至1500K溫區流動鋰環境中的抗腐蝕性能研究實驗,高溫運行性能達到國際領先水平,為超高溫液態鋰與結構材料的相容性等研究提供了重要實驗平臺。

據悉,液態鋰或鋰合金在核聚變反應堆裡面可以作為冷卻劑,把反應堆產生的熱量導出,它具有工作溫度高、導熱性能好、密度小等優點。由於液態鋰沸點高,系統可常壓運行,使用鋰等冷卻劑可以使反應堆系統實現小型化輕量化,因而是大功率空間反應堆和未來聚變反應堆的主選冷卻劑材料。


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中國新一代熱核聚變裝置EAST(俗稱“人造太陽”)


看完了新聞,那麼可控核聚變具體是什麼呢?

我們都知道,愛因斯坦有個著名的質能方程,E代表能量,m代表質量,c代表光速。當一個重原子分裂為兩個輕原子時(核裂變),或兩個輕原子融合為一個重原子時(核聚變),反應的過程會產生一點點的質量虧損,而這損失的一點點物質會變成巨大的能量釋放出來,這能量究竟有多大呢?——像公式表示的那樣,質量乘上光速的平方倍。


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愛因斯坦和他最著名的理論質能方程


原子彈(核裂變)和氫彈(核聚變)就是上述物理過程的軍事化應用,對於它們的威力想必我們都不陌生,那能不能和平利用原子能呢?當然可以。以反應條件相對容易的核裂變為基本原理,全世界範圍內已建成了400多座核電站,目前都平穩運行。可控核聚變就是聚變能量的和平利用方式,聚變反應爐就類似於利用可控核裂變的核電站。


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應用可控核裂變的核電站


可控核聚變究竟是做什麼用的呢?

簡單來說,就是用來產生能量的。它產生的能量,經過轉化,會變成驅動電廠發電機的蒸汽的熱能,會變成給您現在閱讀文章用的電能。如果實現了可控核聚變,就能讓我們人類首次在地球生物進化史上,永久性地獲得取之不盡用之不竭的能源。無限的能源,就像實現了永動機,就像擁有了漫威宇宙中的宇宙魔方一樣,人類所有關於永恆、關於能量的幻想,都將在第一臺可控核聚變反應爐點火的那一瞬間,成為現實。


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再造一顆太陽,已經在路上?


既然這個原理有2種應用,即核裂變和核聚變,可控核裂變現在也在大規模應用之中,那為什麼我們並沒有說,核裂變永久性地解決了人類的能源問題呢?

主要有以下三個原因:核裂變所需的鈾等原料,在地球上分佈十分有限;核裂變電站存在放射性強、安全隱患較大等缺點,不易於大面積建設;為了使核裂變可控,大量的冷卻設備使反應放出的熱都被浪費了,綜合費效比不高。

而這三個原因,恰恰都被核聚變完美解決:

核聚變所需的原料氘氚都提取於海水,取之不盡用之不竭;核聚變反應過程中幾乎不產生輻射,核廢料也幾乎沒有放射性;核聚變託卡馬克反應堆簡單可控,只要斷電,核反應立馬停止,而且,單位核原料產熱值也比核裂變高。

因此,一旦核聚變技術被掌握,這將是地球上的生物首次永久性地解決能源問題。

說了這麼多,那我們中國人自己的核聚變項目現在是處於什麼水平呢?新聞中的好消息,又能在多大程度上推動我們自己的核聚變項目發展呢?

2006年,中美歐俄日韓印七方共同簽約,決定在法國Cadarache建造國際熱核聚變實驗反應堆(英文縮寫:ITER)。


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落戶法國的國際熱核實驗反應堆(ITER)全景


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ITER核聚變裝置剖切圖


由於眾所周知的原因,國外的工程項目進度和中國比起來,都慎之又慎,原計劃於2020年建成通電的項目,最近又推遲到2035年。鑑於此,中國科研人員在深度參與ITER的同時,又另起爐灶提出了一項雄心勃勃的計劃——打造屬於中國人自己的聚變工程實驗堆(英文縮寫:CFETR)。


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中國聚變工程試驗堆(CFETR)概念圖


通過已有的合肥EAST項目和新興的CFETR項目的建設,中國將實現聚變能源研發的跨越式發展,率先在中國實現聚變能的和平利用;在2020年前後具備獨立自主建設聚變堆的能力;在2040年代開展聚變示範堆的研發;在本世紀50年代,開展聚變電站和建設和運行,實現聚變能商業應用,一舉永久解決能源問題。


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那一捧永恆之火,會是中國人率先點燃!


無限的可控的能源,那一捧永恆之火,我們21世紀的人類,我們21世紀的中國人,將比歷史上任何時期,任何國家都更接近完成這一輝煌目標,我們健在的每一個人,都極有可能在有生之年親眼目睹這一史詩般奇蹟的誕生。


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