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磁约束核聚变具有多重优点 各国均在重点加大研发

2021-04-07 18:41      责任编辑:何冰    来源:www.newsijie.com    点击:
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磁约束核聚变具有多重优点 各国均在重点加大研发

        可控聚变能具有安全、清洁、燃料丰富等优点,是解决人类未来能源问题的主要选择之一。在磁约束核聚变装置中,来自高温等离子体的强热流、强粒子流与直接面对等离子体的器壁之间产生的强烈相互作用,不仅会导致第一壁损伤,产生杂质,污染等离子体,引起等离子体能量辐射损失与等离子体约束性能降低,同时滞留在壁上的燃料粒子再循环直接影响等离子体密度控制。

        美国磁约束核聚变发展态势

        美国是聚变研究的大国和强国。进入21世纪,美国制定了一系列相关能源开发战略和计划,均将聚变能列为重点研究对象。美国能源部2016年发布的《聚变能科学战略框架》集中在四个主要研究范畴,即燃烧等离子体下的基本行为、燃烧等离子体下的壁材料研究,面向燃烧等离子体的高功率注入以及等离子体诊断。

        欧盟磁约束核聚变发展态势

        核聚变能是最终解决人类能源和环境问题的主要途径之一,对于欧盟长远的经济与社会可持续发展非常重要。欧盟长期重视、支持受控核聚变研究。欧洲受控核聚变50%以上的研发经费由欧盟承担,约30%的经费由欧洲原子能共同体(EURATOM)承担,有一小部分经费来自成员国。欧盟核能研究的投资主要集中在聚变能的研究和开发上,有关欧盟聚变研究的所有决策都是由欧盟部长理事会决定的。

        日本磁约束核聚变发展态势

        日本由于资源相对贫乏,因而有着更为紧迫的聚变能需求。早在1998年,日本核聚变会议组织就建议将ITER作为第三阶段核聚变研究开发计划的主力装置,且得到了日本原子能委员会的批准。2005年,日本原子能委员会(AEC)发布的《未来核聚变研发策略》提出了相关聚变研究战略:(1)使用实验反应堆在自持状态下演示燃烧控制,制定基于实现ITER的实验反应堆的技术目标计划;(2)用实验反应堆实现持续时间超过1000秒的非感应稳态运行,制定基于实现ITER目标的计划;(3)利用实验反应堆建立集成技术,获取与制造、安装和调整部件整合相关的集成技术,验证安全技术;(4)通过国家托卡马克装置进行ITER的支持研究和前期研究,对高比压稳态等离子体进行研究,建立高比压系数的稳态运行模式,获取经济效益;(5)DEMO反应堆相关的材料和核聚变技术,在ITER的功能测试中使用完整的制造测试组件;(6)确定DEMO的总体目标,结合未来聚变堆的概念设计,对聚变等离子体研究和核聚变技术的发展提出要求。

        俄罗斯磁约束核聚变发展态势

        俄罗斯在ITER项目建设期间仍将独立开展自己的核能研究工作,其核聚变战略目标就是建造高温磁约束氘氚等离子体热核聚变反应堆,开发并建造聚变中子源(FNS)来解决原子能问题,以加速聚变应用。俄罗斯制定了在月球上大量开采氦-3的计划,未来发展规划主要包括三个方面:首先,将T-15改造为T-15MD,进行以中子源为基础的混合堆物理基础研究,解决部分核能实际问题;其次,在3-5年内与意大利合作在俄罗斯建成IGNITOR反应堆,在强磁场装置上完成“点火”;第三,在3-5年内与哈萨克斯坦合作建成KTM托卡马克,进行混合堆堆芯物理、材料和偏滤器实验研究。

        中国磁约束核聚变发展态势

        中国政府也积极制定了聚变能开发战略,将战略划分为三个阶段,即“聚变能技术—聚变能工程—聚变能商用”,同时设定了清晰的近、中、远期目标:2010-2020年,建立接近堆芯级稳态等离子体实验平台,吸收消化、开发和储备后ITER时代聚变堆关键技术,设计并筹备建设200-1000兆瓦中国聚变工程实验堆(CFETR);2020-2035年,建设、研究和运行聚变堆;2035-2050年,发展聚变电站。

        新思界产业研究中心发布的《2021年磁约束核聚变行业竞争对手专项调研报告》显示,核聚变能被视为人类可持续发展最理想的未来能源,受控核聚变研究的最终目标是实现聚变能的商业化应用。主要发达国家纷纷制定了聚变能研究战略,探索和发展能直接用于商用聚变堆的各种新技术和新概念,以加快这一进程。
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