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发表于 2006-7-30 20:26
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ITER六大关键词
www.XINHUANET.com 2005年07月04日 13:10:03 来源:东方早报
等离子体(Plasma)
固态、液态、气态之外的物质第四态。如果气体的温度升高到一定的程度,气体原子便会因电子摆脱原子核的束缚而成为离子,于是物体便转为等离子态,是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。核聚变的第一步就是要使燃料处于等离子体态。
托克马克(Tokamak)
如何克服巨大的静电斥力将原子核聚到一起,还要将它们的密度维持在一定水平以防不安全的能量爆发(如氢弹就是不可控的核聚变)?苏联科学家在上世纪50年代初率先提出磁约束的概念,并在1954年建成了第一个磁约束装置——形如中空面包圈的环形容器“托克马克”,又称环流器。一般情况下,在超过10万摄氏度的磁场中,原子中的电子就脱离了原子核的束缚,形成等离子体。带电粒子会沿磁力线做螺旋式运动,所以等离子体就这样被约束在这种环形的磁场中,也叫磁笼。
ITER的托克马克是一个高约10层楼,最大直径超过12米、最小直径也达4米,体积达到837立方米的环形容器,并由超导电磁线圈环绕。
安全
在体积800多立方米的ITER内,实际上只有几克氘和锂燃料,只是在超高温时等离子体才发生核聚变。如果发生故障,由于等离子体的温度下降,核聚变反应便会自动停止,不必担心会失控。
污染
核裂变发电的燃料棒含高辐射物料,使用后要储藏地下数百年防泄漏,另外,发电过程中也会制造出可用于核武的钚并产生加剧温室效应的气体。相比之下,除氚具有放射性危险之外,核聚变不会产生不可分解的高辐射废料,其少量放射性废料也很快失去放射性。聚变也不会产生温室气体。
目标
ITER本身并不能发电,项目的主要目的是演示利用聚变能大规模商业发电的科学与技术可行性。其两大技术目标是成功地达到维持聚变反应所必需的功率(500兆瓦),并且至少使这种状态保持300秒。
难关
要在50年内实现建造具有工业规模的聚变发电站,科学家们还需攻克多重难关。
首先需要解决的是如何改善等离子体的约束性能。在超高温下,粒子的碰撞会使粒子一步步横越磁力线,携带能量逃逸。此外,当等离子体和磁场的边界模糊后,磁场出现变形,就会变得极不稳定,造成磁笼断裂或等离子体撞上聚变反应室的内壁。
其次就是成本效益问题。科学家质疑,以超高温产生等离子体的能源成本,是否能生产出大量能源,实现成本效益。(王靓 )
中国为未来能源布局
法国马赛附近的卡达拉舍镇终于击败了日本青森县的六所,在18年之久的ITER选址战中胜出。这场旷日持久的竞争,从最初的四个竞争国(法国、西班牙、加拿大和日本),到法国最终获胜,不仅反映了ITER六个合作方(中国、俄罗斯、欧盟、日本、美国和韩国)的科技政策博弈,但同时在深层次上,折射出世界科技多极化的发展趋向。
ITER是继国际空间站、伽利略全球卫星导航定位系统等之后的又一超大型国际科技合作项目。尽管一般认为,人类还需要经过半个世纪,才能真正把热核聚变技术商业化,但取得ITER定址的东道国将在未来十年投资期内取得这场技术开发的主导权,这在带动东道国高科技研发和国内相关产业的提升方面,无疑具有十分重要的战略影响。
法国这次胜出,绝非偶然。在去年欧盟东扩前,欧盟整体经济水平已追平美国,而日本仅为它们四成左右。虽然法日在核能开发上各有千秋,但欧盟作为一个整体,其核科技水平则具优势。由于欧盟在对华的战略科技合作中,较之美日更使我国得益,我国在ITER选址问题上不可能不对此有所考虑。选择法国(或欧盟),恐怕还有利于世界科技中心的分布更趋平衡合理。此外,鉴于法国已经是核武国家,由它来担任可控热核聚变的东道国角色,一定程度上也可减少核科技研发的民向军转移可能。
鉴于我国是能源消费大国,在新世纪随着我国经济发展水平向小康全面推进,寻找可靠可持续的能源供应,已日益成为我国经济发展和国家安全的重大课题。由于世界范围油气能源的探明储量在本世纪后半叶将要告罄,又由于未脱硫的煤炭使用对环境造成十分严重的后果,发展核能,尤其是在本世纪后半叶开始使用可控聚变氢能,已成为世界各大国不可回避的选择,我国对此也不例外。
我国从上世纪60年代起在四川乐山开始受控热核聚变研究,迄今已有40多年。“九五”期间立项的国家大科学工程EAST(先进超导托卡马克实验装置),是世界上第一个全超导核聚变实验装置,已在安徽合肥的中科院等离子体物理研究所进入总装,预计于今年建成。这一设施将在未来10年内保持世界领先水平,并成为全球惟一可以支持ITER计划预研的装置。
我国加入ITER计划,是一项服务中国和世界的战略决策,有着双重含义。其一,积极参加对我国经济和科技利益悠关的国际大科技项目,对人类科技进步作出中国的贡献,并加速提升我国可控热核聚变的技术研发水平。从人类几十年开展热核聚变的发展里程来看,任何一国要成功地独立研发可工业化的受控热核聚变,在短期内仍不可能。保障这项技术的研制成功,需要世界范围的技术合作和财政投入。其二,为建造我国自己的热核实验反应堆做技术准备。据悉,我国作为合作一方,将承担ITER计划100亿欧元开支的10%负担。相应地,我国也将分享ITER计划所产出的全部知识成果。从长远考虑,这在本世纪中期我国全面迈入现代化阶段之后继续保障我国发展的能源获得,起着谋篇布局的作用。
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