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宋云涛:已经开始做未来核聚变发电站工程设计

2021-09-28 06:09 新京报

来源标题:已经开始做未来核聚变发电站工程设计

宋云涛表示,希望十年以内建成小的示范工程,真正实现聚变堆发电。图/中关村论坛官网

中科院等离子体物理研究所所长宋云涛在“碳达峰碳中和科技论坛”上表示,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,宋云涛介绍,他们(团队)已经开始做未来核聚变发电站的工程设计,希望在国家大力支持下,在十年内建成示范工程。

“人造太阳”EAST已稳定运行15年

宋云涛介绍,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0.03g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。

上世纪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。

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。

宋云涛表示,我们国家独立自主创新、协同攻关建设的大科学装置——EAST(全超导托卡马克核聚变实验装置)于2000年开工建设,2006年建成并投入运行。

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”。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。目前,EAST装置稳定运行15年。

“人造太阳”零碳排放 可为碳中和做贡献

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核聚变电站设计方案。我国也会在2060年前建成核聚变电站并广泛应用。

建设核聚变电站成本很高,超导磁体在其中占了约40%,超导材料目前还是非常贵的。但近十年,超导材料价格在下降,工艺和产品成熟了,价格会不断下降。核聚变电站的经济性会越来越高。

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

我国核聚变研究了50多年,取得了一系列突破性进展。中科院合肥研究院等离子体物理研究所正在承担建设聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT),这是国家“十三五”大科学装置,其超导磁体系统有4层楼高,其中包含一个关键部件——极端工况下偏滤器系统,我们已经实现了技术的掌控。目前,工程设计已经验收。

宋云涛介绍,目前已经开始做未来核聚变发电站工程设计。希望在国家大力支持下,十年以内建成小的示范工程,真正实现聚变堆发电。

新京报记者 张璐

责任编辑:张驰(QN0009)作者:张璐

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