人類終極能源--人造太陽(yáng)
據(jù)中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院消息,全球最大“人造太陽(yáng)”核心部件——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造。這標(biāo)志著我國(guó)全面突破“ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁”關(guān)鍵技術(shù),持續(xù)領(lǐng)跑核心科技。
人造太陽(yáng)ITER
人造太陽(yáng)是指國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER),它由中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯、美國(guó)共同參與建造,參與方覆蓋了全球主要的核國(guó)家和主要的亞洲國(guó)家,覆蓋人口接近全球一半。ITER計(jì)劃是全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一。國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托卡馬克,因與太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱有著相同的原理(核聚變)而被稱為“人造太陽(yáng)”。
與當(dāng)前核電站發(fā)電使用的核裂變技術(shù)不同,核聚變產(chǎn)生的能量巨大,理論上只需要幾克反應(yīng)物,就可以產(chǎn)生一萬(wàn)億焦耳的能量,這大約是發(fā)達(dá)國(guó)家的一個(gè)人在60年內(nèi)所需要的全部能量。除此之外,核聚變還具有資源無(wú)限,不污染環(huán)境,不產(chǎn)生高放射性核廢料、原料豐富易得等優(yōu)點(diǎn),被視為人類未來(lái)能源的主導(dǎo)形式之一。
自從核聚變走進(jìn)人類視野,科學(xué)家就未曾放棄對(duì)可控核聚變的追求。經(jīng)過(guò)一系列嘗試后,人們意識(shí)到這種復(fù)雜的研究只能依賴于共同協(xié)作來(lái)完成。在1958年于瑞士日內(nèi)瓦舉行的第二屆“聯(lián)合國(guó)和平利用原子能國(guó)際會(huì)議”上,科學(xué)家們向世界公布了核聚變研究。ITER計(jì)劃倡議則在幾十年后的1985年提出。中國(guó)于2003年參與國(guó)際協(xié)商,并于2006年與其他幾方一起草簽了ITER計(jì)劃協(xié)定。
ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁
參與ITER計(jì)劃以來(lái),我國(guó)積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)研究。西南物理研究院作為ITER計(jì)劃的重要技術(shù)支撐單位,承擔(dān)了大部分涉核部件的研制任務(wù)。11月22日,西南物理研究院發(fā)布消息稱國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造,其核心指標(biāo)顯著優(yōu)于設(shè)計(jì)要求,具備了批量制造條件。ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁是直面反應(yīng)堆芯部上億度高溫等離子體的容器壁的第一層,是裝置最關(guān)鍵的堆芯部件。它需要在上億甚至幾億攝氏度的高溫輻射下不融化且保持性能,研發(fā)難度可想而知。
西南物理研究院通過(guò)與貴州航天新力科技有限公司的合作,在高溫、限電、疫情等艱難條件下,成功完成增強(qiáng)熱負(fù)荷手指部件的焊接裝配,成為全球第一家完成ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁制造的企業(yè)。
核工業(yè)西南物理研究院研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人諶繼明認(rèn)為,由我國(guó)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)先國(guó)際完成首件制造,再次為ITER關(guān)鍵部件的研發(fā)取得實(shí)質(zhì)性工程突破,也標(biāo)志著我國(guó)鄭重履行了國(guó)際承諾。
科技部中國(guó)國(guó)際核聚變能源計(jì)劃執(zhí)行中心主任羅德隆表示,我國(guó)第一壁團(tuán)隊(duì)多年來(lái)做了大量研發(fā)工作,自主掌握了工藝原理,并在制作技術(shù)上不斷地創(chuàng)新突破,終于拿出了遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)的全尺寸原型件產(chǎn)品,為ITER工程提供了重要的“中國(guó)智慧”和“中國(guó)方案”。
人造太陽(yáng)的中國(guó)力量
在人造太陽(yáng)的技術(shù)研究上,我國(guó)擁有一批重大原創(chuàng)成果,在部分領(lǐng)域一直走在世界前列。2006年由中國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克EAST(原名HT-7U)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置成果完成首次工程調(diào)制,2007年3月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。
2008年11月12日,中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院宣布全超導(dǎo)托卡馬克大科學(xué)裝置EAST近期實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體運(yùn)行等多項(xiàng)重大突破,獲得的實(shí)驗(yàn)參數(shù)接近未來(lái)聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式所需要的物理?xiàng)l件。
2020年12月4日,新一代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置(HL-2M)在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電。
2021年12月30日,中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行,創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間紀(jì)錄。
2022年10月19日,中國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”科學(xué)研究取得突破性進(jìn)展,HL-2M等離子體電流突破100萬(wàn)安培,創(chuàng)造了我國(guó)可控核聚變裝置運(yùn)行新紀(jì)錄。
2022年11月22日,中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院完成國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁首件制造。
未來(lái),中國(guó)力量還會(huì)在核聚變領(lǐng)域持續(xù)發(fā)光發(fā)熱,為解決永續(xù)的清潔能源難題貢獻(xiàn)中國(guó)智慧!
來(lái)源: 蜂耘網(wǎng)
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