核融合出現(xiàn)新轉(zhuǎn)折

2017/2/3 11:14:57

隨著我國核能規(guī)模化發(fā)展，核電站乏燃料產(chǎn)生量日益增加。按照我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，2020年我國大陸運(yùn)行核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬千瓦，乏燃料累積量將達(dá)到7000余噸，2025年累積量將達(dá)到14000余噸。

“早在上世紀(jì)80年代，我國就確定了核燃料‘閉合循環(huán)’和‘核能發(fā)展必須相應(yīng)發(fā)展后處理’的技術(shù)路線。”我國核工業(yè)行業(yè)管理部門——國家原子能機(jī)構(gòu)秘書長劉永德在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，經(jīng)過多年努力，我國乏燃料后處理、貯存和運(yùn)輸科研攻關(guān)和能力建設(shè)均取得了積極進(jìn)展，有效保障了核電站乏燃料安全，為推動(dòng)核工業(yè)跨越發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

核電發(fā)展的重要環(huán)節(jié)

鈾礦是核電的“糧食”。但鈾礦中可用于熱堆電站（如壓水堆）發(fā)電的鈾－235，在鈾礦里的富集度僅約0.7%。

在一個(gè)正在努力戒掉對(duì)石化燃料的上癮、并且滿足日益成長的能源需求的世界中，有一種技術(shù)在發(fā)展中，幾乎聽起來太好以至于不能成真，那就是核融合(nuclear fusion)。

如果做得到的話，核融合動(dòng)力會(huì)以接近無限的燃料來源，來提供非常大量的干凈能源，以及差不多是零碳排放；那是如果做得到的話。不過世界上有一些研究團(tuán)隊(duì)花上數(shù)十億美元，來確保可以做到核融合。

去年2月，文德爾施泰因7-X (Wendelstein 7-X)設(shè)備正式啟用，開始了核融合能源研究的新單元。

這是在德國格賴夫斯瓦爾德市(Greifswald)建造的一座價(jià)值10億歐元(14億澳幣，10.6億美元)的實(shí)驗(yàn)性核融合反應(yīng)爐，用來測(cè)試一個(gè)名為仿星器(stellarator)的反應(yīng)爐設(shè)計(jì)。

計(jì)劃到2021年左右，將能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)30分鐘；對(duì)核融合反應(yīng)爐來說，這是一項(xiàng)紀(jì)錄。這是展示未來核融合發(fā)電廠基本特點(diǎn)的重要一步：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

但是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐不是唯一的反應(yīng)爐。法國南部正在建造一座國際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐(ITER)，是價(jià)值200億美元(267億澳幣)的實(shí)驗(yàn)性核融合反應(yīng)爐，使用一種名為叫做托卡馬克(tokamak)的不同設(shè)計(jì)。

然而，即使文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐和國際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐采用不同的設(shè)計(jì)，這兩項(xiàng)計(jì)劃是互補(bǔ)的，而且在一座反應(yīng)爐的創(chuàng)新，很可能轉(zhuǎn)移成最終運(yùn)轉(zhuǎn)的核融合發(fā)電廠。

核融合能源試圖復(fù)制為太陽提供動(dòng)力的反應(yīng)。在太陽里的兩個(gè)非常輕的原子，例如氫或氦，融合在一起。

所得到的融合原子最終比原來的兩個(gè)原子稍微輕一點(diǎn)，而根據(jù)愛因斯坦公式E = mc²，質(zhì)量差被轉(zhuǎn)換為能量。

困難之處在于激發(fā)兩個(gè)原子融合時(shí)，需要加熱到攝氏幾百萬度。

含有這種過熱燃料是不容易的，因此，它被轉(zhuǎn)變成熱離子氣體，電漿。電漿可以被包含在磁場(chǎng)內(nèi)，所以不會(huì)真的接觸到內(nèi)部的反應(yīng)爐。