“无限”能源即将到来?这一超级工程的前景令人兴奋

2019-01-16 15:37

随着传统化石能源的日渐式微,清洁和可再生能源的发展得到了全世界的积极相应。其中,被人称之为可以产生近乎无限能源的国际热核聚变反应堆计划(ITER)是由中、欧、印、日、韩、俄和美国等世界主要拥核国家共同参与建造,是当今世界上仅次于ISS的最大科学合作计划,前景令人兴奋。

核聚变的工作方式大体上与核裂变相反,两个轻核(通常是氢同位素)碰撞时发生聚变反应的同时放出巨大能量(远高于核裂变)。为了利用这种能量,核聚变反应堆必须控制等离子体的极端压力和温度,否则将核爆炸。

产生可控核聚变需要的条件非常苛刻。我们的太阳就是靠核聚变反应来给太阳系带来光和热,其中心温度达到1500万摄氏度,另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应, 而地球上没办法获得巨大的压力,只能通过提高温度来弥补,不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受,只能靠强大的磁场来约束。由此产生了磁约束核聚变 。  

ITER实际上是一个托卡马克装置,利用强环形磁场来实现可控核聚变的环形容器。 它的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。它产生的聚变能量取决于其核心发生的聚变反应的规模。而ITER装置的等离子体容积将达到830立方米,是目前在运行的聚变反应堆的10倍,这足以实现其最终设计目标——从50MW的加热输入功率中产生500MW的聚变功率(Q≥10)。

国际热核聚变反应堆计划也是迄今我国参加的规模最大的国际科技合作计划。在历经7年建设期后,目前ITER项目已完成了所需基础设施的50%,预计在20年后投入商业运作,真正成为清洁核聚变能源的源泉。

核聚变作为一种潜力巨大的能量来源,一旦投入使用在能源领域带来的影响也会是颠覆性的,打乱整个行业规则。它具有与电力可再生能源高度互补的特性:按需供电,负载跟随,受气候影响小,同时可以扩展以满足整个世界的能源需求。

不过,尽管核聚变的好处很多,依旧有人怀疑将“核”有效利用在商业上的可行性。毕竟大多数人谈“核”色变,其巨大的破坏性也同样不容忽视。