“人造太阳”有望终极解决能源问题

来源:抓取 2017/12/07 17:09:02


    拥有取之不尽、用之不竭的能源,是人类社会发展的梦想。被称为"人造太阳"的国际热核聚变实验堆(ITER)计划,通过建造反应堆级"核聚变"装置,验证和平利用"核聚变"发电的可行性,为实现这一梦想作出了积极贡献。

    我国作为ITER计划的成员之一,从2007年加入以来,积极参与国际计划并承担大量部件建造任务,中央财政10年来共拨付经费39.9亿元,设立国内配套专项119个、课题479个,取得了多项国际和国内第一的研究成果,使我国在"核聚变"领域处于与国际同等甚至某些方面领先的地位。

    为终极解决能源问题提供方案

    当前商业运转中的核能发电厂都是利用"核裂变"原理发电,可以简单将其理解为"原子弹"原理;而"人造太阳"计划是利用"核聚变"即"氢弹原理"进行发电。ITER计划目的就是通过建造"核聚变"实验堆,探索和平利用聚变能发电的科学和工程技术的可行性。

    核工业西南物理研究院院长刘永告诉记者,通过"核裂变"发电的核电站有资源和环境的限制,比如所用的铀等资源极其有限,总有枯竭的一天;放射性废物可能要经过成百上千年才能完全被环境接收。与之相对应,"核聚变"发电所需燃料为氘和氚,其中氘没有放射性,靠聚变过程生产的氚半衰期只有12年多,而且所用资源取之不尽、用之不竭,一升海水中所提取的氘进行聚变反应后产生的能量相当于燃烧300升汽油。

    实际上,我国早在上世纪八十年代就确定了"热堆-快堆-聚变"的核能发展三步走发展战略,最后一步发展的"可控聚变堆"技术,有望永远解决能源问题。中国核工业集团公司总工程师雷增光表示,"核聚变"被认为是人类社会未来能源的终极解决方案。

    投入经费近40亿元设立国内配套专项

    ITER计划目前由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方共同合作。"中国加入ITER计划,实际上包含了对其设计技术的解读与消化,对其前期投入部件运营经验的解读吸收,以便用于我国未来聚变能源的发展规划。"中国国际核聚变能源计划执行中心总监潘传红说。

    按照党中央、国务院的要求,科技部、财政部、教育部、中科院等部门和单位历经多次论证,在2003年正式以"平等伙伴"身份加入ITER计划谈判。在谈判期间,成立由科技部、财政部等部门组成的ITER计划部际协调小组。2006年11月,中方与ITER组织签署了ITER计划《联合实施协定》和《特权与豁免协定》;2007年2月,经财政部审核、国务院批准,设立"ITER计划专项";2007年8月,全国人大正式审议通过了协定文件。

    "我国ITER计划专项在安排参加国际计划经费的同时,还专门安排了国内研发项目,为国内现有的研究院所提高研发能力给予支持。"中国国际核聚变能源计划执行中心主任罗德隆说,通过国内立项的方式支持,为未来自主建设"核聚变"电站打下基础。

    中科院院士万元熙表示,凭借稳定的经费和人才的聚集,我国ITER计划在过去10年中取得了巨大进展,除超导工业、超导技术外,在高功率连续波加热系统、大型低温系统和电源系统等方面都得到了长足发展。

    高品质兑现中国承诺

    ITER计划的一个重要目标是建成聚变能实验堆,所需部件的建造是实现这一目标的重要环节。由于部件建造面临难度大、耗时长等问题,一些国家建造工期一再延长,而我国做到了保质保量按时交付,切实履行了国际承诺。

    据罗德隆介绍,自2008年以来,我国陆续承担了18个采购包的制造任务,涵盖了ITER装置几乎所有关键部件,由几十家科研院所、企业承担制造工作,取得了一系列聚变工程的关键技术突破。

    比如电源采购包,中方指出ITER电源原设计方案存在设计风险和不安全性,并提出了新的设计方案,最终被ITER组织批准实施,并于2012年顺利通过初步设计评审,2014年顺利通过最终设计评审。目前,ITER所有的电源方案均采用中国的设计方案。

    在参与ITER计划的同时,我国的磁约束聚变研究瞄准更加长远的未来——中国聚变工程实验堆(CFETR),力图解决ITER未涵盖但又是"核聚变"能源实现商业化必不可少的重要工程技术难关。

    罗德隆介绍说,目前我国已完成CFETR的概念设计,国内聚变团队已经开展工程设计和部分关键工程技术预研,得到了世界其他国家聚变领域专家的高度关注。根据技术路线图,我国将于2050年左右建成原型电站。

    聚变产业初见雏形

    一项工程科技创新,可以催生一个产业,可以影响乃至改变世界。据了解,改革开放30多年来,我国已经同150多个国家和地区建立了科技合作关系,开展了广泛的工程科技人才交流,参与了国际热核聚变实验反应堆计划、人类基因组计划等一大批反映当代工程科技前沿的重大科技工程,对我国经济社会发展和科技进步起到重要的促进作用。在参与ITER计划的10年中,我国在相关领域开展了广泛深入的高水平国际合作,融入了全球聚变研究的合作网络,推动了我国聚变科技以及产业的快速发展。

    中科院副院长、院士张杰说,通过10年来的参与合作,我国已在超导线材、超导磁体、低温技术等方面拥有国际先进的研发或生产能力,在服务ITER计划的同时,带动了这些领域及相关行业的技术升级。

    比如,ITER装置的核心关键部件之一的环向场、极向场导体,已经实现了我国低温超导股线100%国产化、产品质量100%满足要求,带领我国超导线材研发能力和工业化生产能力达到国际一流水平。

    

关键词: 核电核能,核电核能,核电核能Ⅱ

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