人类将获无尽能源?中国聚变工程亮大动作

世界军备2017-12-08 02:27

随着“中国聚变工程实验堆集成工程设计研究”(CPETR集成工程设计研究)项目启动会于北京时间12月5日在安徽省合肥市举行,中国聚变工程实验堆(CFETR)正式开始工程设计,这也意味着中国核聚变研究由配角走向了世界核聚变舞台的中央,并成为代表国家参与全球科技竞争与合作的重要力量。

核聚变能源:人类能源的最终解决方案

当下人类所处的时代,能源应用无所不在,随着经济社会的发展,能源危机日益加重,已成为人类面临的迫切需要解决的重大问题。迄今为止,人类所能利用到的各种能源都或多或少会受到总量、时间、地域等诸多限制,未能彻底解决人类的能源需要。

美国国家工程学会曾在2008 年发表过一项声明,称核聚变能源研发将是 21 世纪 14 项科技发展的重大挑战之一。所谓核聚变能源,即利用热核聚产生巨大能量的能源,能量产生的方式是经由重力将氢原子压缩加热成为高密度高温度的电浆状态,并进行核聚变反应以释放能量。人们熟知的太阳即可谓是一个大规模的核聚变反应堆,每天都在产生巨大的能量,其中心温度达到1,500万摄氏度。

与目前人类所知的所有能源相比,核聚变产生的能源被公认为最理想的能源。相较其他各种能源,核聚变的燃料供应充足,不产生温室气体及高放射性核废料,对气候与环境几乎没有冲击,被认为是最友善环境的永续能源,极有可能成为人类能源的最终解决方案。尽管优势明显,但如何安全、可控地利用聚变能源却是人类一直在努力仍未解决的重大课题。

美、法等国在上世纪80年代中期发起了国际热核实验反应堆(ITER)计划,旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆。ITER项目由欧盟、印度、日本、中国、俄罗斯、韩国和美国7个成员实体资助和运行。该计划预计将持续30年,前十年为建造期,后二十年为运行期。

2006年11月21日,7个成员方正式同意资助创造核聚变反应堆。欧盟作为ITER的主办方,贡献的费用约占45%左右,其他六方各贡献约9%。ITER最初预计将耗资约50亿欧元(1欧元约合1.1798美元),但随着各种变化,这一数额已超过三倍达到了160亿欧元,而且未来可能还会有更多的变化。

ITER 反应器设在法国,拟于 2020 年前兴建完成启动运转。按原计划,ITER 届时将成为世界第一个产出能量远大于输入能量的核聚变实验反应炉,为建造大量生产核聚变能源的反应炉作准备,在 2050 年以前人类有可能开始使用核聚变能源。

2007年9月24日,中国作为第7个参与方正式批准了加入该协定。在其后的项目推进中,中国成为承担ITER采购包七方中进度最快、质量最优的国家。在各参与方中,ITER的中国籍雇员人数初期是最少的,如今已仅次于欧盟。

2016年4月25日,中科院等离子体物理研究所为法国聚变实验装置WEST建造的首套离子回旋天线竣工并交付法方。这是中国首次向法国出口核聚变工程技术,同时亦是中国首次向国际输出业界最高标准的核聚变关键部件。

核聚变研究之路 西方明显已处于劣势

中国科学家在ITER建设的同时已开始规划建设CFETR。11月末,“ITER十年——回顾与展望”会议在北京中国科技会堂举办,与会各国专家发表了《北京聚变宣言》,支持中国建设“中国聚变工程实验堆”。

此次在合肥召开的启动会上,中国工程院院士李建刚介绍了中国聚变工程实验堆的科学目标、现状和总体计划,中国的CFETR将分三步走:第一阶段到2021年,CFETR开始立项建设;第二阶段到2035年,计划建成聚变工程实验堆,开始大规模科学实验;第三阶段到2050年,聚变工程实验堆实验成功,开始建设聚变商业示范堆。

中国核聚变事业在近五年间取得了一系列重要成就和突破。除了参与ITER项目,中国自己也在开发研制核聚变实验装置,耗时8年、耗资2亿元人民币(1元人民币约合0.1512 美元)自主设计、自主建造而成了EAST。EAST由Experimental(实验)、Advanced(先进)、Superconducting(超导)、Tokamak(托卡马克)4个单词首字母拼写而成,其中文意思是“先进实验超导托卡马克”,同时具有“东方”的含意。

业界人士认为,EAST至少比ITER早投入实验运行10到15年。2016年底中国创造的核聚变新世界记录即是在EAST上获得。时隔半年后,中国再次取得更具有里程碑意义的突破。中国科学院等离子体物理研究所于北京时间7月4日宣布,中国的EAST在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式,此项跨越级突破为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要技术基础,显示中国聚变研究的发展速度已遥遥领先其他国家。

也正是这样一次次的突破,为中国下一代核聚变装置的建设,世界第一座核聚变电站——拟建的中国聚变工程试验堆(CFETR),以及国际核聚变清洁能源的开发利用夯实了基础。

“对其他国家来说,最好的选择是接受甚至支持中国领导聚变研究”, 牛津大学基督圣体学院院长、前英国卡勒姆聚变中心主任史蒂文•考利(Steven Cowley)早前对媒体作出了如是表示。

拟建的CFETR将在2030年投入运转,最初的发电量为200兆瓦,在随后10年发电量将提升至千兆瓦,超过大亚湾所有商业裂变反应堆的发电量。如果中国成为首个实现聚变技术商业化的国家,无疑将更有助于彰显其经济、地缘政治优势,而这一点,又恰恰是西方不想看到的。


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