ITER又有新进展 地球上种的“太阳”已“发芽”( 二 )


热核聚变反应是氢弹爆炸的基础 。 氢弹的爆炸依赖原子弹来引爆 , 可在瞬间产生巨大能量 。 在原子弹爆炸产生的高温下 , 燃料的原子将全部电离成离子(原子核)和电子 , 它们组成的集合体即为等离子体 。 但氢弹爆炸是不可控的热核聚变反应 , 不能作为提供能源的手段 。 于是人类便致力于在地球上实现人工控制下的核聚变反应即受控核聚变 , 希望利用太阳发光发热的原理 , 为人类提供源源不断的能源 。
中国核聚变目标更在ITER之外
随着科技日新月异 , 未来在核聚变能开发方面将不断涌现技术革新 , 或可能出现颠覆性技术革命 , 比如随着高温超导技术的发展 , 若采用高温超导强磁场技术 , 可获得高的聚变功率密度 , 可减小装置的尺寸 , 提高聚变堆的经济性 , 且强磁场更利于聚变等离子体的高性能稳态运行 。
以ITER为标志 , 磁约束核聚变研究正进入反应堆工程与实验阶段 。 国际主要发展聚变能的国家以瞄准未来设计建设本国聚变示范堆(DEMO)为目标 , 重点开展聚变实验堆设计及关键技术攻关 , 并储备相关经验与人才队伍 。
对中国而言 , 参加ITER计划是我国磁约束核聚变能研发计划中的关键一步 , 我国自主建造未来聚变堆仍面临一系列关键科学与技术挑战 , 需提前布局 , 一一攻克 。
根据中国核聚变研究发展现状 , 我国制定了发展路线和目标 。 2011年开始的中国聚变工程试验堆(CFETR)设计研究 , 就是该路线的一个重要方面 。
“纵观国际聚变发展 , 受控核聚变有望于本世纪中叶实现和平利用 。 ”钟武律说 , 立足我国磁约束核聚变研究现状 , 下一步我国核聚变的发展应充分利用ITER的建设与运行 , 重点进行人才培养与技术储备 , 瞄准自主设计建造聚变堆 , 开展ITER未涵盖的未来聚变堆关键技术攻关 。
热核聚变发生有三个苛刻条件
在所有核聚变反应中 , 氢的同位素——氘和氚的核聚变反应是相对容易实现的 。 因此人类至今探索研究的受控核聚变主要是基于氘氚聚变燃料的核聚变 。
钟武律说 , 实现可控核聚变反应 , 要求在人工控制条件下等离子体的离子温度、密度与能量约束时间“三乘积”必须达到一定值 。 换句话说 , 只有核聚变反应释放出足够多的能量 , 才可维持核聚变反应堆的运转并有可观的能量输出 , 使聚变反应循环进行 。
【ITER又有新进展 地球上种的“太阳”已“发芽”】但要在地球上模拟太阳产生能量的热核聚变过程 , 面临着众多难题 。 热核聚变发生的条件非常苛刻 , 第一是高温条件 , 原子核必须具备足够高的动能(如温度达到上亿摄氏度) , 才能克服原子核间的库仑排斥力 , 使它们相互靠得足够近 , 以便让短程核间吸引力