ITER:电缆试验引发的担忧

国际热核聚变实验堆(ITER)聚变机心脏部位超导电缆的退化,有可能会造成进一步延误的危险。三大洲的科学家正在着手弄清一个有关世界上最大的聚变实验项目——ITER超导电缆潜在的严重问题。《自然》杂志获悉,对ITER强大的中央磁铁电缆所做的初步检查显示,由于其退化过快可能已无法使用。如果悬而未决,则此问题会使多年来已饱受技术之困和预算挫折的项目在未来再度延迟(参见本期"聚变实验堆工期延误引人忧虑"文)。     

聚变实验堆工期延误引人忧虑

国际热核聚变实验堆(ITER)的建造预计在2010年之前不会开始。ITER现场的建设——这个价值数十亿欧元的检验受控核聚变的项目——自2009年四月起已处于停工状态。停工的原因是欧洲的建设者需要协商如何支付他们对ITER的经费份额,因为这是欧洲、日本、韩国、俄罗斯、美国、中国和印度合作的项目。其中,欧盟(EU)是最大的参与者,提供了约45%的建设投资,包括最终将安置巨大机器的位于法国南部圣保罗·莱迪朗斯的建筑物。     

聚变反应堆输出净功率调查

工程师们正在调查由核聚变反应堆产生持续电力的潜力,在未来几十年里希望有一个实验性工厂出现——在英国工程和物理科学研究协会(EPSRC)提供资金的项目中,伦敦大学玛丽皇后学院的研究人员在关注利用发自托卡马克装置的电力——即通过强磁场约束起反应的等离子体。国际热核聚变实验堆(ITER)财团目前正在法国建造一座托卡马克(受控热核反应装置),希望能产生出10     

EAST超导托卡马克

EAST超导托卡马克是我国设计建造的国际上第一个建成的全超导托卡马克实验装置.EAST的建成填补了从短脉冲中型常规托卡马克向长脉冲大型超导托卡马克过渡过程中"中型超导托卡马克"的空缺.EAST具有国际热核聚变实验堆(ITER)类似先进技术,具有与ITER类似的超过1000 s的长脉冲高参数运行能力,是未来10年国际上极少数有能力在高参数条件下开展长脉冲聚变等离子体物理和工程技术研究的实验平台.EAST已经取得了超过400 s的偏滤器位形等离子体以及稳定重复的超过30 s的长脉冲"高约束模"等离子体,创造了新纪录.EAST致力于解决ITER及未来聚变堆高性能稳态运行相关的关键物理和工程问题.这些研究将为中国未来聚变实验堆的设计和运行提供重要的依据,并为未来建造稳态、高效、安全的托卡马克类型的聚变反应堆提供重要的工程技术和物理基础.     

国际热核聚变实验堆用管内电缆导体力学行为研究进展

国际热核聚变实验堆(international thermonuclear experimental reactor,ITER)是目前全球最大、影响最深远的国际科技合作项目之一.该计划旨在验证磁约束受控核聚变反应堆的工程技术可行性,通过由管内电缆导体(cable in conduit conductor,CICC)绕制而成的托克马克(Tokamak)装置产生强磁场,将上亿摄氏度的高温等离子体约束在磁笼内诱发可控热核聚变.2014年ITER组织磁体部门负责人Devred A教授指出当前ITER用CICC主要面临3大挑战:(1)CICC制备过程中普遍存在电缆穿管退扭问题,伴随着电缆节距增加引起交流损耗的增大,这将严重影响CICC电流输运特性及稳定性.(2)CICC短样在热-电磁循环载荷作用下分流温度随循环加载次数的增加表现出退化行为,这就意味着按照目前设计方式,ITER仅能运行数千次,远低于原计划的3万次,这加剧了人们对ITER工程的担忧.(3)高性能超导股线研发与接头制备.ITER托克马克装置中,其中心螺线管和环向场线圈由Nb_3Sn超导股线经多级绞扭而成的CICC绕制而成,最大磁场分别可达13和11.8 T,伴随的巨大电磁力往往使磁体结构发生变形,进而影响高温等离子体的流动品质,降低热核聚变的反应时间,导致ITER装置的功能性设计难以达到预期.同时,已有的研究表明Nb3Sn材料超导性能(主要是指临界电流)对力学变形极为敏感,在拉、压、扭作用下临界电流随变形表现出显著的衰减行为,该行为直接增加了ITER托克马克的安全性隐患.因此,研究超导电缆的等效力学参数及其在多场作用下的力学行为是实现托克马克磁体系统安全性与功能性设计的基石.本文简要总结了兰州大学力学系电磁固体力学研究小组针对超导电缆等效力学参数、穿管过程中的电缆退扭行为、热-电磁静载荷作用下的超导股线屈曲行为以及热-电磁循环载荷作用下的分流温度退化等关键科学问题所开展的基础理论建模与定量分析.在此基础上,对当前CICC研究存在的问题和未来仍需重点关注的方向进行了讨论,其结果将有助于我国力学工作者迅速了解ITER计划进展中所遇到的相关力学问题,也可为未来中国大型超导磁体制备所需的CICC导体结构设计提供参考.     

到机器内部做一次“神奇之旅”

在1966年由拉奎尔·韦尔奇(R·Welch)和唐纳德·普莱森斯(D·Pleasence)主演的科幻电影《神奇之旅》中,一支医疗团队和他们的潜艇被缩小为如同人的细胞般大小,并被注射到科学家的体内以清除其大脑中的血块。影片获得了很大的成功,潜艇在人体内部航行的壮观场面以及部分镜头——如向血液中的白细胞所发起的攻击——令人非常难忘。一次在法国原子能委员会(CEA)下属的磁聚变研究所(IRFM)内,由本岛主任率领的一群来自于国际热核聚变试验反应堆(ITER)的访客,受邀作了一次     

“人造太阳”或破解“核电困局”

<正>近期,中国科学院等离子体物理研究所宣布,世界上第一个全超导托卡马克(EAST)东方超环实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。该装置是我国第四代核聚变实验装置,其科学目标是让氘和氚在高温条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源,所以也被称为"人造太阳"。     

面向聚变堆的托卡马克稳态先进运行模式的发展

人类文明和经济的持续快速发展有赖于新能源的发现和广泛应用。清洁、高效、几乎无尽的核聚变能源可以成为当前化石能源的有效替代,能够成为人类的终极能源。名为托卡马克(Tokamak)的磁约束装置是当前人类用于研究核聚变产生能源的主要方式之一。为了提高其运行的安全性和经济性,科学家们设计了多种能够使聚变等离子体长时间稳态运行的先进运行模式。这类运行模式的长足发展依赖于高温等离子体物理和核聚变相关技术等领域的研究进展,尤其是对于自举电流和外部驱动电流的研究。托卡马克稳态先进运行模式将成为未来国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)和中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)主要的运行模式。     

动画展示近地小行星捕获细节

为了增进公众对小行星、流星等近地星体获取过程的了解,美国宇航局(NASA)近期在其网站上以动画形式披露了小行星登陆项目——"小行星再定向"——的具体细节;捕获小行星、宇航员降临其上、采集样本后返回地球三个步骤。分析称,除了科研用途,NASA这项在科研项目也有着现实的目的。因为,迄今人们还无法预判来袭地球的小行星其精确坠落点,也无从知晓改变一     

美国能源部启动惯性聚变能项目

<正>继2022年劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的核聚变实验里程碑之后，美国能源部正在建立新的科研中心，以便激励私营部门在激光驱动氢燃料压缩上取得进展。2023年5月，美国能源部聚变能科学项目宣布公开征集专注于惯性聚变能（IFE）的提案。几十年来，美国能源部一直支持通过压缩小型氢燃料标靶来诱发核聚变的研究，不过那是通过核武器研究项目来实现的。去年劳伦斯-利弗莫尔国家实验室在激光核聚变点火实验取得成功之后，人们对资助能源生成技术研发的兴趣增加不少。     

美国对核聚变能开发计划作重大调整

经过一年半的广泛讨论,在美国总统科技顾问委员会(PCAST)的意见的基础上,在美国国会的催促下,美国聚变能委员会向美国能源部提交了报告.该报告归纳了各方面的意见,提出一个“聚变能科学计划”,成为美国核聚变能开发政策的重大调整的基础,现已在实施中.原计划的超导托卡马克TPX计划已取消,转而着重研究能减小规模、降低成本,及在经济性和环境保护方面具有吸引力的聚变堆的物理基础及技术问题,并已开始建造水冷铜磁体的球形托卡马克装置NSTX.美国已决定实际上退出ITER国际热核试验堆的建造.这一调整,会给世界核聚变开发研究带来巨大影响.     

核聚变“新贵”

<正>●在风险投资和诸多希望的推动下,可替代核聚变技术研究正在升温。然而,这些替代技术真的能够维持其势头并证明其可行,抑或像之前的一些核聚变梦想一样夭折?要来到世界上最神秘的核聚变研发地之一,参观者必须在加利福尼亚尔湾东部圣塔安娜山脚下的一个办公区域下车,这里是一处占地很大却没有任何标志的美国核聚变研究基地——三阿尔法能源公司(Tri Alpha Energy)所在地。要进入公司总部,参观者必须签署保密协议后     

终极能源来了？创纪录意味着什么

正支撑人类社会运转的几乎一切能源,从煤、石油、天然气,到风能、生物能,其本质都是太阳能,而太阳上的能量来自内部的核聚变反应。当人类发现太阳产生能量的原理(核聚变)之后,便找到了无限能源的可能性。全超导托卡马克核聚变实验装置,是人类通过科学技术在实验室里复制一个"太阳",目的就是为了寻找人类未来的能源出路。更重要的是,核聚变技术是一项几乎完美的技术,不会产生污染且近乎于无限使用。未来一旦掌握这项技术,人类将踏入无限能源时代。     

人类终将点燃自己的太阳——受控核聚变研究速写

据《科技日报》报道,中国科学家在环流器上进行的长脉冲实验又创新纪录,获得了等离子体放电持续时间长达4秒的佳绩。这一成果表明,中国受控核聚变研究方面又迈出了一步。 今年5月30日,中国核工业总公司对中国第一个受控核聚变研究重点实验室——位于四川省乐山市的核工业环流器实验技术实验室进行验收,同时对该实验室的中国环流器新一号HL-1M作了现场演示。有十多位国内权威的核专家目击了     

世界九大科学工程：大型强子对撞机居首

继埃及金字塔之后，一些建筑被冠以“规模最大”等头衔，有些建筑则跻身世界奇迹之列。建筑尚且如此,科学工程当然不甘落后。目前,世界上出现了不少规模惊人的大型科学工程,有些已投入运转，有些正在建造当中,有些则仍停留在制图板上。其中大型强子对撞机（LHC）、国际热核聚变实验反应堆（ITER）计划、国际空间站、澳大利亚“太阳塔”、气候变化模拟计划、詹姆斯韦伯太空望远镜、“世界末日”种子库、太空梯和ANTARES水下中微子探测阵列被科学界称为世界九大科学工程。LHC位居其首。     

聚变的新方式

1978年,欧洲决定在英国的卡勒姆,而不是在西德的加奇因建立欧洲联合核聚变实验装置(JET)一事,似乎是对德国等离子体物理学界的一个打击。因为JET是欧洲等离子体物理学计划中最主要的实验设施,同时,还因为在国家的项目不得不为筹集经费而与那些总能预先得到经费的跨国实验项目相竞争时,总是面临受压制的危险。西德主要的等离子体物理实验室一一慕尼黑     

人工核聚变何日实现

<正>有专家表示,用核聚变为人类供给能源的可行性已经大大增加了。英国政府最近宣布投资2亿英镑用以打造一座核聚变电站,并计划在2040年之前实现此目标。政府及合作企业告诉BBC,他们的短期目标是在5年内使这个能发电的聚变反应堆的示范模型正常工作。尽管如此,这条"聚变发电"之路也是道阻且长。     

对受控核聚变研究途径的再思考

本文将目前受控核聚变的研究途径分成三大类 :磁约束核聚变 (MCF)、惯性约束核聚变 (ICF)和非常规核聚变途径 .并对三类聚变途径进行分析讨论 ,指出在研究受控轻核聚变时应该结合对原子核结构的研究 ,重视对非常规核聚变途径的探索 ,尤其是对 μ子催化核聚变的研究 .文章还指出了下一步 μ子催化核聚变的主要研究方向 .     

受控核聚变研究的进展和展望

核能包括重核裂变和轻核聚变所释放的能量。核裂变会产生长寿命放射性废物,由于公众的反对意见,它的发展受到了一定阻碍。核聚变能是取之不尽,用之不竭的能源。如果实现以氘为燃料的受控核聚变,则可获取2×10~(11)TW·a的核聚变能,若以每年20TW·a速度消费,则可以使用100亿年。如以氘-氚为燃料,也够使用3000万年。所以受控热核聚变一旦实现,世界能源问题就一劳永逸地解决了。它是相当安全的能源。燃烧等离子体一旦建立,任何运行事故都能使等离子体迅速冷却,从而使核聚变堆在短时间内熄灭。在等离子体中的储能非常低：小于1 GJ。它是相当清洁的能源,不产生化石燃料电站所释放的二氧化碳和氧化氮之类的燃烧产物,也不产生长寿命高放射性废物——锕系元素和裂变产物。氚具有放射性,但它的半衰期非常短,仅为12．3年。因此,从长远看,发展核聚变能源对我国乃至全球解决能源问题都是至关重要的。     

量子计算与超级计算机

●与核聚变能源研究类似,量子计算机的研制有着诱人可能性。在二十一世纪里,这一研究可能会实现,也可能不会实现——这不仅取决于科学和技术的曲折发展进程,同样也取决于政治和经济的曲折发展进程。当人们听说我从事量子计算——一种