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头条|聚变核电站已开始工程设计!有望10年内建

时间:2021-09-29 21:27

头条|聚变核电站已开始工程设计!有望10年内建成?

新京报 核能号 昨天

作为2021中关村论坛平行论坛之一,碳达峰碳中和科技论坛于9月26日举行,中科院等离子体物理研究所所长宋云涛在演讲时表示,聚变能是核能发展的最终目标,聚变能可以为碳中和的实现做出重大贡献。在接受新京报记者采访时,宋云涛表示,他们已经开始做未来核聚变发电站的工程设计,希望在国家的大力支持下,在10年内建成示范工程。

 

核聚变能有何优势?

 

 

宋云涛:目前,世界能源消耗量越来越大,人类需要开发新能源。核聚变能是清洁低碳、安全高效的新能源。核聚变原料和生成物没有放射性物质,它是氘和氚发生反应,不存在核泄漏等问题,即使出现危险,也只是终止反应,非常安全。

海水中蕴藏着大约40万亿吨氘,一升水能够提炼0.03克的氘,其发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油或者燃烧336公斤煤。这样算来,地球上的海水可以供人类使用上亿年。

 

20世纪50年代,第一颗氢弹成功试爆,但氢弹爆炸是不可控的核聚变反应,不能作为提供社会生产和人类生活能源的手段。此后,人类致力于受控核聚变研究,但这也面临一系列科学技术挑战。

 

 

受控核聚变如何实现?

 

 

宋云涛:目前实现聚变的方法主要有磁约束核聚变和惯性约束核聚变等。磁约束核聚变是利用强磁场来约束温度极高的等离子体的核燃料,以使其反应。实现受控核聚变的条件十分苛刻,一是燃料需达到1亿摄氏度以上的极高温度(1亿摄氏度的物质处于等离子体态);二是具有足够的密度,从而提高燃料原子核之间碰撞而发生核聚变反应的概率;三是具备足够长的能量约束时间,等离子体维持足够长的时间,以便充分地发生聚变反应,放出足够多的能量。

 

EAST(全超导托卡马克核聚变实验装置)的建造经历了怎样的过程?运行情况如何?

 

宋云涛:EAST是世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置,中文名称为“东方超环”。这是我们坚持独立自主创新、协同攻关建设的大科学装置。它于2000年开工建设,2006年建成并投入运行。

 

EAST实验装置可以对受控核聚变相关的前沿物理问题开展探索性的实验研究,通常被称为“人造太阳”。其实“人造太阳”的反应原理和太阳一样,太阳每天释放出大量的光和热,因为它的内部不断进行核聚变。

 

这个装置科学目标定得非常高,实现1亿摄氏度1000秒的等离子体运行。目前,EAST装置已稳定运行15年。

 

开始设计核聚变发电站,未来10年有望建示范工程。

 

今年5月28日,EAST实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,这意味着什么?距离1000秒的目标实现还有多远?

 

宋云涛:这打破了世界纪录,为未来建聚变堆奠定了坚实的物理和工程基础。擦火柴一闪,能量就没有了,而煤球可以一直燃烧,我们要做的就是用超导装置把聚变的“煤球”点燃。把这么大容量的上亿摄氏度的东西维持住并不容易,这个维持时间从毫秒到秒,再延长到100秒,发展进程是很快的。所以我说,磁约束核聚变的发展速度和电脑CPU芯片的发展速度一样快。

 

我们接下来的目标就是把维持时间延长到400秒、1000秒之后,这将在未来几年实现。

 

 

何时能用上核聚变能发电?

 

 

宋云涛:我们已经开始做未来核聚变发电站的工程设计。如果在国家大力支持下,我们希望在10年以内建成小的示范工程,真正实现聚变堆发电。未来,聚变核电站将在多地建设。

 

“人造太阳”对碳中和能起到什么样的作用?我国承诺争取在2060年前实现“碳中和”,核聚变发电会比碳中和先实现吗?

 

宋云涛:核聚变是氘和氚发生反应,产生惰性气体氦和能量,是零排放。聚变能是核能发展的最终目标,聚变能可以为碳中和的实现做出重大贡献。国际领域专家已经提出较为完善的未来聚变电站设计规范。我国也会在2060年前建成聚变电站并广泛应用。

 

聚变电站的成本如何?

 

 

宋云涛:建设聚变电站成本很高,超导磁体在其中占了约40%,超导材料目前还是非常贵的。但近10年,超导材料价格在下降,工艺和产品成熟了,价格会不断下降。聚变电站的经济性会越来越高。

 

另外,相较于其他电站,聚变电站对人体和生态没有影响,对资源的影响小,所以聚变电站的外部成本最低。