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俄外交部发言人:将看《哪吒2》 相信会带来惊喜

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俄外交部发言人:将看《哪吒2》 相信会带来惊喜

俄外交部发言人:将看《哪吒2》 相信会带来惊喜

作为实现无限、清洁、安全能源应用的(de)关键,核聚变被誉为“人类终极能源”。核聚变复制了太阳诞生(dànshēng)过程,与将重原子核(yuánzǐhé)分裂成较(chéngjiào)轻的原子核并释放能量的裂变不同,其具有(jùyǒu)能量密度更高、燃料储量近乎无限、不产生长寿命高放射性废物、本质安全等显著优势,而且核聚变燃料来源氘和锂相对(xiāngduì)丰富。从上(shàng)世纪开始探索可控核聚变技术,到现如今多国可控核聚变技术走出实验室迈向工程示范,这场“人造太阳”的梦想正加速“照进现实”。

▲美国可控核聚变技术初创企业启动建设核聚变发电原型机(yuánxíngjī)。

5月,我国(wǒguó)核聚变装置紧凑型聚变能实验装置园区(BEST)开启工程总装(zǒngzhuāng)。同一时期,美国也启动了核聚变发电原型机(yuánxíngjī)SPARC建设。全球范围内一场围绕可控核聚变技术的(de)科技“赛跑”正悄然展开。

我国技术部署蹄(tí)疾步稳

今年(nián)以来,我国可控核聚变技术商业部署按下“快进键”。3月,我国核聚变装置BEST首块顶板顺利浇筑,标志着BEST全面进入(jìnrù)分区完工、分区交付的阶段;5月,BEST在安徽合肥开启工程总装(zǒngzhuāng),较原计划提前(tíqián)两个月,预计2027年建成(jiànchéng)、2030年实现发电。

BEST将在(zài)第一代中国人造太阳EAST装置基础上,首次实现聚变(jùbiàn)能发电演示,推动燃烧等离子物理研究(yánjiū),为我国(wǒguó)聚变能发展提供开创性支持。BEST核心(héxīn)目标是首次实现氘氚燃烧等离子体的稳定运行并演示发电,填补从“实验堆”到“示范堆”的工程化空白。光大证券指出,BEST启动标志着我国在可控核聚变领域的技术突破(tūpò)和工程化应用进入新阶段。

作为全球首个紧凑型聚变实验(shíyàn)装置(zhuāngzhì),BEST采用模块化设计,体积比传统装置如国际热核聚变实验堆(ITER)缩小40%,但聚变功率密度提升3倍,计划2027年验证能量(néngliàng)净增益,即输出能量超过输入能量,为聚变发电(fādiàn)商业化提供关键数据,2035年建成聚变工程示范堆,2050年前实现(shíxiàn)聚变能商业化发电。

值得一提的是(zhídéyìtídeshì),我国为ITER贡献突出。ITER组织4月底宣布,经过数十年努力(nǔlì),这一由30多个(duōgè)国家参与建造的“人造太阳”已完成其“电磁(diàncí)心脏”——世界最大、最强的脉冲超导电磁体系统的全部组件建造,标志着向实现可控核聚变能源迈出关键一步。

ITER是一个能产生大规模核聚变反应的(de)托卡马克装置,旨在模拟太阳(tàiyáng)发光发热的核聚变过程,探索可控核聚变技术商业化可行性,由欧盟、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯(éluósī)等共同资助。

托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器,新建成的脉冲磁体系统是托卡马克装置的“电磁心脏”。ITER组织(zǔzhī)总干事彼得罗·巴拉巴斯基说表示(biǎoshì):“在(zài)这一国际合作中,中国贡献至关重要。在可控核聚变领域,中国无论是在资源部署(bùshǔ)还是工业能力部署方面进展都(dōu)较快。”

据悉,ITER磁体馈线(kuìxiàn)系统由中国科学院合肥物质科学研究院(yánjiūyuàn)等离子体物理研究所研制,被称为(chēngwéi)ITER磁体系统的(de)“生命线”。作为ITER中国工作组重要单位之一,等离子体物理研究所承担了超导体、校正场线圈、磁体馈线、电源、诊断等众多采购(cǎigòu)包,占中国承担ITER采购包任务的大部分。

美国有线电视新闻网(měiguóyǒuxiàndiànshìxīnwénwǎng)报道称,5月(yuè),美国可控核聚变技术初创企业Commonwealth Fusion Systems在波士顿郊外一座工业园区启动核聚变发电原型机SPARC建设(jiànshè)。SPARC是一个类似“甜甜圈”形状的托卡马克装置(zhuāngzhì)。托卡马克装置中央是一个环形真空室,外面缠绕着线圈(xiànquān)。通电的时候,托卡马克装置内部会(huì)产生巨大螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很(hěn)高温度,以达到核聚变目的。截至目前,科学界传统观点认为,托卡马克装置越大,性能越强(yuèqiáng)。

Commonwealth Fusion Systems公司表示,SPARC尺寸与现有中型聚变装置相当,但磁场更强。通过强大电磁铁产生(chǎnshēng)适合(shìhé)聚变能的(de)条件,包括(bāokuò)超过1亿摄氏度的内部温度,预计将产生50—100兆瓦聚变功率,实现(shíxiàn)大于10的聚变增益。SPARC产生的能量是煤炭或天然气的1000万倍。

如果一切(yīqiè)按计划推进(tuījìn),SPARC有望在本世纪三十年代初成为美国首个商业可控核聚变发电设施,预计可产生400兆瓦(zhàowǎ)电力,相当于15万户家庭用电需求。

目前,SPARC一大障碍是能否建造足够强大的(de)磁体来驾驭熔融(róngróng)、难以驯服的等离子体,即发生核聚变反应(fǎnyìng)的带电气体超热云团,等离子体温度(wēndù)极高且非常,其密度比空气低100万倍。同时,还要克服能量净增益问题。

据悉(jùxī),Commonwealth Fusion Systems公司已经募集20亿美元私人资本,目标是本世纪(běnshìjì)30年代在弗吉尼亚州建成世界上第一座(dìyīzuò)核聚变供能发电厂。

今年初,美国(měiguó)能源部宣布为核聚变创新研究引擎合作组织中的(de)6个项目提供1.07亿美元资金,推动美国聚变能源战略提速。根据美国《聚变能源法案》,为加快先进核反应堆部署,联邦政府(liánbāngzhèngfǔ)将为商业(shāngyè)核聚变装置颁发许可证,以简化商业核聚变的实施过程。

5月23日,美国(měiguó)总统特朗普签署了一系列有关核能的行政命令,涉及对美国核管理委员会进行全面改革、修改监管(jiānguǎn)流程以加快(jiākuài)核反应堆测试等,希望(xīwàng)2029年1月即特朗普第二任期结束(jiéshù)前“测试和部署”新的核反应堆。美国媒体指出,受政策利好,美国可控核聚变技术商业化将进一步提速。

商业化仍需克服(kèfú)诸多挑战

国际能源(néngyuán)署预测,到(dào)2030年,全球核聚变市场规模有望达到4965.5亿美元,2024至2030年间复合(fùhé)年均增长率为7.4%。

方正证券表示,可控核聚变(héjùbiàn)或作为(zuòwéi)能源终极解决方案,商业化发展前景十分广阔,近年来国内外可控核聚变项目持续推进,为商业化落地奠定基础(jīchǔ)。

湘财(xiāngcái)证券(zhèngquàn)指出,AI算力爆发带来的电力需求激增,推动核聚变技术(jìshù)研发部署加速。今年以来,国内相关项目招标亦加快落地,看好核聚变技术发展加速。

目前,核聚变技术原理(yuánlǐ)虽已基本(jīběn)解决,难点却集中(jízhōng)在如何维持反应足够长时间。也就是说,虽然科学原理清晰,但创造和约束这个“小太阳”的巨大工程和物理挑战不容小觑,需要克服诸多极端条件,包括上(shàng)亿度高温、强磁场、强中子辐照等。

聚变工业协会首席执行官安德鲁·霍兰德表示:“现在的问题是,何时才能(cáinéng)建成这样一台(yītái)机器。”

美国能源部(měiguónéngyuánbù)核聚变能源科学办公室主任让·保罗·阿兰认为(rènwéi):“我们需要考虑培育更多(duō)核聚变用氚燃料所需的供应链,这需要获得锂资源储备。全球范围内,锂需求十分旺盛。”

“数字化时代,我们需要尽可能多的电力,”弗吉尼亚州州长格伦(gélún)·扬金强调,“谁能赢得这场竞赛(jìngsài),谁就能迅速抓住经济机遇。”

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出品 | 中国能源报(ID:cnenergy)
编辑丨闫志强

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