新华网柏林12月11日电(记者郭洋)德国马克斯·普朗克研究所下属的等离子体物理研究所10日说,用于研究核聚变反应的世界最大仿星器“螺旋石7-X”当天开始运行,并首次制造出氦等离子体。
顾名思义,仿星器就是对恒星的模仿,实际上是一种核聚变反应研究设备。按照设计,仿星器通过模仿恒星内部持续不断的核聚变反应,将等离子态的氢同位素氚和氘约束起来,并加热至1亿摄氏度的高温,发生核聚变以获得持续不断的能量。
10日当天,研究人员向“螺旋石7-X”内部的等离子体容器中注入大约一毫克氦气,并打开微波加热装置,氦等离子体随之产生。虽然“螺旋石7-X”首次制造出的氦等离子体仅存在十分之一秒,研究人员对这一结果依然十分满意,表示“一切都在按计划进行”。
“我们从惰性气体氦气开始制造等离子体,明年我们才会换成真正的研究对象——氢等离子体,”项目主管托马斯·克林格尔说,“因为将氦气变成等离子体更为容易,我们还能用氦等离子体清洁容器表面。”
受控核聚变装置“螺旋石7-X”由马克斯·普朗克等离子体物理研究所承建,位于德国东北部城市格赖夫斯瓦尔德,“螺旋石7-X”项目投资达10亿欧元,经过9年的建造和100万个工时的组装,该装置的主要组装工作在2014年完成。随后,研究人员开始准备工作,对所有技术系统逐一进行测试。
马克斯·普朗克研究所同时拥有两种不同类型的核聚变研究装置。与目前常用的以环形封闭磁场约束等离子体、实现受控核聚变的“托克马克”方式相比,“螺旋石7-X”不但安全性更高,其最大特点是一次运行可以连续约束超高温等离子体长达30分钟,而“托克马克”方式的这一约束时间最高纪录仅为6分30秒。
实现对超高温等离子体的长时间约束是反应堆设计领域的“圣杯”,这意味着控制核聚变的进程,也就是说可以控制核聚变的开始和停止,并随时对反应速度进行调控。
核聚变是解决能源问题的主要选择之一。核聚变反应所需的氚和氘在自然界中广泛存在,1公斤核聚变原料产生的电能等同于1.1万吨煤产生的电能。核聚变反应堆比目前核电站的核裂变反应堆产生的核废料更少,放射性也会在短期内消失。“螺旋石7-X”等仿星器设计方案被认为是未来核电站反应堆的发展方向
(1)核聚变释放的能量比核裂变更大
(2)无高端核废料,可不对环境构成大的污染
(3)燃料供应充足,地球上重氢有10万亿吨(每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油)
核聚变能利用的燃料是氘(D)和氚。氘在海水中大量存在。海水中大约每6500个氢原子中就有一个氘原子,海水中氘的总量约45万亿吨。每升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按世界消耗的能量计算,海水中氘的聚变能可用几百亿年。氚可以由锂制造。锂主要有锂-6和锂-7两种同位素。锂-6吸收一个热中子后,可以变成氚并放出能量。锂-7要吸收快中子才能变成氚。地球上锂的储量虽比氘少得多,也有两千多亿吨。用它来制造氚,足够用到人类使用氘、氘聚变
的年代。因此,核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。
在可以预见的地球上人类生存的时间内,水的氘,足以满足人类未来几十亿年对能源的需要。从这个意义上说,地球上的聚变燃料,对于满足未来的需要说来,是无限丰富的,聚变能源的开发,将“一劳永逸”地解决人类的能源需要。六十多年来科学家们不懈的努力,已在这方面为人类展现出美好的前景。
氘是相当丰富的氢同位素,在海洋中每6500个氢原子就有1个氘原子,这意味着海洋是极大量氘的潜在来源。仅在1L海水中就有1.03×10^22个氘原子,就是说每1Km^3海水中氘原子所具有的潜在能量相当于燃烧13600亿桶原油的能量,这个数字约为地球上蕴藏的石油总储量。经过计算,1升海水中提取出的氘进行核聚变放出的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。
劣势
从理论上看,用核聚变提供部分能源,是非常有益的。但人类还没有办法,对它们进行较好的利用。
(对于核裂变,由于原料铀的储量不多,政治干涉很大,放射性与危险性大,核裂变的优势无法完全利用。截至2006年,核能(核裂变能)发电占世界总电力约15%。说明了核裂变的应用的规模之大,更能说明优势比核裂变更大的核聚变能源前景更加光明。科学家们估计,到2025年以后,核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年前后,受控核聚变发电将广泛造福人类。 )