世上最大的核融合实验反应炉施工进度已过半,预计 2025 年首度测试

作者 | 发布日期 2017 年 12 月 07 日 17:35 | 分类 材料 , 核能 , 能源科技
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【Technews科技新报】世界上最大的核融合实验反应炉 ITER 最近宣布其施工已完成一半,专家估计它将在 2025 年 12 月进行第一阶段测试,若实验成功,将协助第一批核融合发电厂在 2040 年前投入运行,营运成本和核分裂反应炉相当,但少了反应炉熔毁的风险,也不会再产生寿命超长的放射核废料。



国际热核融合实验反应炉(ITER)为一个旨在研究可行性核融合的巨型工程,目标是从电浆物理实验研究到大规模电力生产的核融合发电厂,建成后将成为世界上最大的磁约束电浆物理学实验场,同时也是目前建设中、世界上最大的实验性托卡马克(Tokamak,注)核融合反应炉。

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,欧盟为 ITER 主办方,贡献资金约 45% 左右,其他六方各贡献约 9%,项目则预期将持续 30 年:10 年用于建设,20 年用于运行。

核融合,太阳产生巨大能量的方式,科学家如果能找到一个方法将“太阳”能量拉到地球上,将提供人类安全又充足的电力长达数百万年,维基百科指出,核融合产生的能量能极大抵过 10 万座核分裂发电厂。

ITER 寻求的是一种相对低风险但成本较高的融合方式,称为磁约束融合(magnetic confinement fusion),当氢的两种同位素氘、氚原子于托卡马克环形反应炉内被超强磁场长时间挤压时,会被加热成等离子体。

但要制造能够承受原子融合的机器不容易,科学家需将氢等离子体不断加热到 1.5 亿 ℃(这是太阳核心的 10 倍温度),而用来约束等离子体乱窜的超导磁体需冷却到零下 269℃,与星际空间一样冷,位于机器中心的 1,000 吨电磁铁要承受 6,000 吨以上的压力,相当于太空梭(Space Shuttle)起飞推力的 2 倍,才有足够时间让两个较轻的原子核融合成一个较重的原子核。

而 ITER 最近发出声明表示,项目已经顺利施工超过一半,预估 2021 年就可全数建造完成,2025 年进行首次测试,一旦实验成功,ITER 就能证明商业化的核融合发电厂有机会在世界各地展露头角,虽然 ITER 本身不会用于商业用途供电,但其技术可协助相关工程打造。国际热核物理研究所预计,核融合发电厂最快有机会于 2040 年加入能源发电行列。

核融合具备许多潜在吸引力,首先,做为燃料的氢同位素本地球上相对丰富,“氘”可从海水中提取,而“氚”可从核融合反应本身产生的中子生成;此外,相对于传统核分裂反应炉所产生的辐射污染物,核融合生成的放射性废料寿命很短,也没有反应炉熔毁的风险。

只不过,ITER 项目负责人 Bernard Bigot 现在最担心的是美国总统特朗普正在削减对核融合投资的预算,目前消息为 2018 年时将直接从 1.2 亿美元砍到剩 6,300 万美元。Bigot 告诉《路透社》,如果美国在 2018 年没有提供必要资金,整个项目都会受到影响。

注:托卡马克(Tokamak),又称环磁机,是一种利用磁约束来实现磁局限融合的环性容器,看起来像一个轮胎或甜甜圈。

(首图来源:ITER

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