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世界最大“人造太阳”昨日启动组装!

时期:2021-09-04 00:02 点击数:
本文摘要:新闻稿、官方网站 几经十四年筹划,世界上仅次于 的核聚变装置——国际热核聚变实验反应堆(ITER)在法国南部月开始装配工作,意味著人类距离构建高效率核聚变又将近了一步。该项目由 35 个国家合作已完成,中国获取了磁体馈线、极向场线圈等最重要部件。 高效率核聚变被称作“人造太阳”,能用极少量 的洗手燃料产生大量能量,被视作解决问题能源和气候问题 的理想方案。

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新闻稿、官方网站  几经十四年筹划,世界上仅次于 的核聚变装置——国际热核聚变实验反应堆(ITER)在法国南部月开始装配工作,意味著人类距离构建高效率核聚变又将近了一步。该项目由 35 个国家合作已完成,中国获取了磁体馈线、极向场线圈等最重要部件。

  高效率核聚变被称作“人造太阳”,能用极少量 的洗手燃料产生大量能量,被视作解决问题能源和气候问题 的理想方案。接下来,ITER 计划用 4.5 年已完成加装,到 2025 年展开第一次等离子体静电,最后检验核聚变商业化应用于 的可行性。

图片7 月 28 日,世界上仅次于 的核聚变装置——国际热核聚变实验反应堆(ITER),在法国南部月开始装配,这也标志着新能源时代 的开始。35 个合作国家 的领导人通过视频远程参与了庆典。

  近几个月,来自世界各地 的组件相继到达法国,使得 ITER 的装配启动沦为有可能。这指出联合参予 ITER 国际研究项目 的 35 个国家不愿以这种方式来联合应付气候变化。  太阳通过核聚变产生能量,向地球传送光和热,使地球上 的生命以求沿袭。

ITER 就是 通过仿效太阳 的核聚变过程,以超过产生能量 的目 的。核聚变需要获取洗手、可信 的能源,并且不产生碳排放。核聚变也是 安全性 的,因为它只必须少量 的燃料,并且物理上不不存在因熔毁而再次发生外泄事故 的有可能。

  核聚变 的燃料不存在于海水和金属锂中,可以持续供应几百万年。一个菠萝大小 的核燃料所获释 的能量就相等于 1 万吨煤自燃获释 的能量。

  修建和运营一座核聚变反应堆 的成本与核裂变反应堆 的成本相似,但它产生 的废弃物不必须花费高昂 的成本和漫长 的时间展开处置。  一旦 ITER 项目已完成,它将证明核聚变可以构建规模化商业运作,持续产生能量。

  前所未有 的国际合作  上世纪 50 年代,苏联科学家首次明确提出了托卡马克 的概念——磁约束核聚变,此后核聚变能量研究仍然是 国际上普遍合作 的领域。ITER 项目于 2006 年问世,35 个合作国家还包括欧盟成员国(再加英国和瑞士)、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国。  这些国家总计享有世界 50% 以上 的人口,全球 80% 以上 的国内生产总值(GDP),汇聚了大量 的专业知识和资源,使修建世界上第一个具备工业规模 的核聚变装置沦为有可能。  法国是 东道国。

欧盟、英国和瑞士是 东道主成员国,它们为 ITER 项目获取了 45% 的资金。其他成员国各出资 9%,即美国、中国、日本、俄罗斯、印度和韩国。

  ITER 成员国 的贡献大约 90% 以实物形式获取,减少了这个多重机器 的国际复杂性。这个机器被称作托卡马克(Tokamak),它来自俄语,意为“磁环”。已完成后 的托卡马克将由 100 多万个部件构成。

托卡马克装置示意图。图片15 米。这些零件是 世界各地工厂、大学和国家实验室 5 年多来 的技术结晶。  托卡马克组件必需符合十分严苛 的规范。

它们还必需遵循一个简单 的时间表,如期抵达法国。ITER总干事Bernard Bigot博士说道:“一部分一部分地装配机器,就像在一个简单 的时间轴上装配一个三维积木。”  他说道:“项目管理、系统工程、风险管理和机器组装物流 的每一个方面都必需协同因应,像瑞士手表一样准确。

未来几年,我们有一个简单 的流程必须遵循。”  装配工作将于 2025 年 12 月完结。到那时,ITER 项目 的科学家和工程师们将展开第一次等离子体静电。

  托卡马克将获取多少能量?  ITER 项目 的核电站将产生约 500 兆瓦 的热能。如果持续运营并终端电网,产生 的能量将转化成为约 200 兆瓦 的电能,充足 20 万户家庭用于。

  商业核聚变电站有可能使用略为大一点 的等离子体室,一座电站可以获取 的电力相等于 ITER 的 10 到 15 倍。一座 2000 兆瓦 的核聚变电站可以为 200 万户家庭供电。  并且,核聚变发电厂运营过程中没碳排放,也就是 说道会获释二氧化碳。

但是 核聚变技术对解决问题气候变化问题 的贡献各不相同核聚变反应堆修建 的速度。目前,多达 70% 的碳排放来自于能源 的用于,多达 80% 的能源消耗又来自于化石燃料。

  Bigot 博士预测说道:“如果核聚变需要投放普遍用于,并沦为可再生能源 的补足,那么电力 的使用量将大大提高,由交通、建筑和工业所带给 的温室气体废气将增加。构建仅有用于清洁能源将是 我们这个星球 的一个奇迹。

”  ITER 都有哪些部件?ITER 组件修建分工,中国主要参予修建磁体馈线(feeder,左上角)和极向场线圈(PF coils,左下角)。图片30 米,直径 30 米,是 有史以来仅次于 的不锈钢真空室。

它包括四个主要部分:底座、下气缸、上气缸和上盖。下筒体 的尺寸与巨石阵非常。  低温恒温器 的基座部分轻 1250 吨,是 ITER 最轻 的部件。

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它是 第一个被加装到托卡马克坑 的主要部件,于 5 月已完成加装,以将近 3 毫米 的精度相同做到。低温恒温器 的基座。图片Organization/EJF Riche  |ITER 磁体  ITER 用于三种紧密结合 的磁体来容纳、掌控、塑造成和脉冲出有 1.5 亿摄氏度 的等离子体。

为了构建超导,磁体内部用 -269 摄氏度 的液氦展开加热,这相等于星际空间 的温度。  |环向场线圈  该组件由日本和欧洲生产,其部件来自中国、韩国和俄罗斯。

多达 40 家公司参予了这 18 个环向场(TF)线圈 的生产。  TF 线圈 的起到是 容许电离等离子体粒子。每一块磁铁都有四层楼低,轻 360 吨。

首批两个 TF 线圈已于 4 月份从日本和意大利运往 ITER 现场。  |极向场线圈  这些环形磁体由中国、欧洲和俄罗斯生产,将加装于 TF 线圈系统之外。极向场(PF)线圈约束等离子体 的形状,并使其靠近壁面。

  共计 6 个PF线圈,直径从 10 米到 24 米平均,重量低约 400 吨。第一个 PF 线圈 5 月份从中国运往 ITER。第二个由欧洲在组装现场生产。

 在 ITER China 网站上可以查阅所有中国生产 的部件。网址:http://www.iterchina.cn/index.html  |中心螺管  中心螺管(Central Solenoid,CS)由美国生产,这是 ITER 磁体组件中最强劲 的一个。它有时被称作 ITER 的“跳动 的心脏”,因为它需要在等离子体中以长脉冲 的形式启动一个强劲 的电流。

  中心螺管由六个模块构成,装配后将超过 13 米或 18 米低,并附带承托结构,重量将超过一千吨。它 的磁力将不足以吸起一艘航空母舰。  CS 线圈组互相独立国家运营,将产生极大 的电磁力,拉向有所不同 的方向。承托结构所要忍受 的力超过航天飞机升空时发动机 的两倍。

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第一个 CS 模块将于 2020 年秋季到达 ITER 所在地。  |真空容器  真空容器 的部件来自韩国(4 个部件)和欧洲(5 个部件),引人注目 的端口由俄罗斯获取。

真空容器是 一个密封 的、甜甜圈形状 的不锈钢腔体。在其内部,等离子体粒子可以不认识腔壁,大大地转动。

  真空容器 的 44 个端口相连远程操作者、临床、冷却和真空系统。容器内表面 的包层模块将屏蔽核聚变反应产生 的高能中子。  ITER 真空容器(体积 840 m³)中心容纳 的等离子体体积是 其他托卡马克装置 的 10 倍。

第一个真空容器部件于 7 月 21 日到达法国,机器开始装配。  |建筑和土木工程  整个 ITER 工地 的建筑和土木工程由欧洲修建,约已完成了 75%。以下是 三个示例。

  托卡马克厂房和组装大厅早已竣工,上方是 一台 170 米低 的门式起重机,承托着两台 750 吨重 的起重机,用作运输和定位部件。  世界上仅次于 的集中式低温设备,早已已完成了 60%。它获取液氮生产超低温,使超导磁体以求运作。这些设备来自中国、印度、瑞典、捷克共和国、芬兰、意大利、日本和法国。

超低温管线(cryolines)主要来自印度。  磁体供能切换厂房(Magnet Power Conversion buildings)将交流电切换为直流电,为 ITER 的磁体供能,其电压和电流维持在准确 的数值,内部设备由中国、印度、韩国和俄罗斯专门设计。磁体供能切换厂房示意图,中国获取了其中 14 个变流器。图片中心的组织负责管理统合来自世界各地 的组件来装配 ITER,还包括托卡马克本身 的装配以及支持系统 的分段加装,支持系统还包括射频冷却、燃料循环、低温、冷却水、真空、掌控和高压电气系统。

  主要装配活动将在托卡马克大楼展开,ITER 设备将加装在部分映射 的混凝土生物防护罩中。在组装阶段,这座建筑将维持洁净和恒温,以防止最大型 的部件经常出现哪怕最严重 的变形。装配、承托和定位托卡马克组件将中用多达 150 个专用工具,其中一些重达 800 吨。  环形托卡马克将分成 9 个子组件,在附近 的组装大厅内展开笔记本电脑配上。

每一个子组件 的弧度为 40 度,其中包括一块环形真空容器组件、一个保护性 的镀银防水车顶和两个环形磁场线圈。  托卡马克主要部件 的尺寸、重量、微小 的公差、制造商 的多样性以及灵活 的日程安排,使得 ITER 沦为一个极大 的工程和物流挑战。

装配 ITER 设备将花费 4.5 年 的时间。  核聚变反应堆 的工作过程  虽然数百个托卡马克早已被修建,但 ITER 项目中 的托卡马克将是 第一个构建“自燃”,或者说自冷却等离子体 的装置。

在核聚变反应中,微小 的质量可以转化成为极大 的能量,主要反应过程如下:  1。几克氘和氚气体被流经一个极大 的、甜甜圈形状 的反应室,即托卡马克;  2。冷却气体,直到它变为云状 的电离等离子体;  3。

总重量约一万吨 的超导磁体生产并掌控电离等离子体;  4。当等离子体超过 1.5 亿摄氏度,就不会再次发生核聚变,这一温度超过太阳核心温度 的 10倍;  5。核聚变产生 的超高能中子逃离现场出有磁笼,以热 的形式传送能量;  6。

在托卡马克水冷壁内循环 的水可以吸取逸出 的热量并产生蒸汽,在商业反应堆里,这一过程造就蒸汽涡轮机发电。


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