核聚变发电的难点以及未来的走向
一、核聚变发电的难点
　　有着我们现有能源没有的优点，但是直到目前为止，人类还没有完全掌握到控制它的技术，要想获得核聚变装置必须突破非常多的瓶颈。
　核聚变的反应需要近亿摄氏度的高温才能进行，原子弹爆炸可以达到这个温度，所以第一颗氢弹爆炸的时候是首先利用原子弹爆炸的高温来触发核聚变的起燃器。
不过到目前，激光技术的发展使得核聚变“点火”的问题得到了解决的可能，除此以外，超高额的微波加热也可以达到这个温度。
　　其次，核聚变进行的高温下具有很高的内能，也就意味着将会出现各种各样的能量丧失机制。聚变的方式也存在着各种各样的不稳定性。这些基本科学问题没有解决，就实现不了。
　　而且，装置材料问题是核聚变发电必须要解决的问题，聚变产生的中子撞击、核聚变原料的沉积也会对装置材料产生破坏，如果解决不了，即使建成了核聚变反应堆也不知道能够运行多久。
　　还有就是它的辐射问题，即使相对核裂变的辐射要小，也还是存在着，这也给核聚变制造了一个大障碍。
二、未来核聚变发电的走向
　当我们的常规能源枯竭，风能、太阳能不能满足我们的需要，核聚变发电就是我们的明日之星。如今不少国家都在研究受控热核反应的理论和技术，美国、俄罗
斯、日本和西欧国家都取得了进展。中国也在积极发展核聚变技术，并且称为世界上第一个建成并正真运行的全超导非圆截面的核聚变试验装置，已经处于世界领先
　　也许在未来的二十年内，我们可以看到核聚变发电的曙光。在更远一点的时间，我们会获得可以真正有价值的核聚变电站。
更多相关资料请查询：
已投稿到：
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。核聚变离我们还有多远? - 科普知识
您的位置： >
核聚变离我们还有多远?
来源：蝌蚪五线谱 作者： 时间： 17:13
　　随着科技的日益发展，人类对能源资源的需求越来越大，虽然化石能源(主要包含煤炭、石油和天然气)现在依然是全球消耗的最主要能源。但是，且不说化石能源的使用对周围环境的污染，人类的不断开采也终将会导致化石能源的枯竭。因此，开发清洁的新能源是今后发展的方向，像太阳能、风能及生物质能这些新能源已经渐渐融入我们的生活中，实际上，即使听起来可能有点不太真，核聚变能确实也是一类新能源。　　在零排放的前提下，核聚变可以为我们提供大量的清洁能源，也算是接近无限量的燃料。如果我们能够很好地开发和利用核聚变能，那么我们目前的能源结构可能会发生巨大的变化。当然，所有的一切美好想法都是建立在核聚变能能为我们所用的基础上，为此，世界各地的研究人员都在这个研究上花费了大量的精力和财力，目前已投入了数十亿美元的科研经费。　　去年二月份，德国于东北部沿海城市格赖夫斯瓦尔德(Greifswald)新建的核聚变装置文德尔施泰因7-X仿星器( Wendelstein 7-X)正式开始启用，为核聚变能的研究翻开了新篇章。　　这是一个实验性的聚变反应堆，项目经费高达10亿欧元，主要用来测试各种设计的反应堆。　　预计在2021年前后，这个聚变反应堆的运行时间能持续三十分钟左右，这也是目前世界上所有的聚变反应堆中最长的运行时间，在展示未来的聚变电厂的一些基本特征——连续操作中起着很重要的作用。　　但是 Wendelstein 7-X并不是唯一一个高大上的聚变反应堆，在法国南部，ITER(国际热核聚变实验堆)项目正在建造中，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，这个ITER也属于实验性的聚变反应堆，但采用的是一种不同于 Wendelstein 7-X仿星器的设计，称为托卡马克(tokamak)装置，耗资二百亿美元。　　然而，尽管Wendelstein 7-X和ITER采用的设计不同，但是两者优缺互补。只要其中一个有所创新和突破，都有可能发展成为最终的可日常供电的核聚变发电厂。　　路径扭曲　　类比于太阳内部的聚变反应，两个轻原子，如氢原子或者氦原子，聚合在一起形成新的原子，并释放出巨大的能量。我们或许可以通过相同的方法得到想要的聚变能量。　　由聚变反应产生的原子的质量最终略低于原来的两个原子的质量之和，根据爱因斯坦的质能方程E = mc?，我们可以知道，减少的质量最终转化为能量，也就是常说的聚变能量。　　不过研究的重点在于如何简化两个原子之间的聚变反应，这也是一大难点，目前实现聚变反应需要将反应堆加热到数百万摄氏度。　　但是，这么高的反应温度并不是一般容器能够承受的，正常的反应原料的性质也会发生一定的变化。 在过高温度下，聚变反应原料会变成热电离气体，也称为等离子体。若置于适当大小的磁场中，反应原料便不会与反应堆的内部接触。　　Wendelstein 7-X的仿星器设计尤为有趣，主要包括一个嵌入在磁瓶中的真空室，而该磁瓶是由七十匝超导磁体线圈组成的系统产生的，其产生的强大磁场足以使热等离子体不与反应堆的内部接触。　　仿星器和托卡马克都属于环形磁约束装置，用来研究各种聚变反应。　　这些实验其实都是通过一个强有力的环形磁场形成的磁瓶来限制等离子体的行为。　　然而，为了使圆环形磁瓶对等离子体有良好的封闭约束性，磁场必须要有使运动粒子运动路径弯曲的能力。在托卡马克装置的ITER反应堆中，等离子体中的大电流可以用来完成这个扭曲粒子的运动路径。　　但是，这种大电流可能会导致整个系统的不稳定性，即破坏等离子体。　　如果等离子体遭到破坏，我们需要向反应堆中充入其他气体给其降温，防止等离子体破坏实验甚至一些危险的事情发生。　　不同地，在仿星器中，这种扭曲路径主要是通过扭曲整个机器本身实现的。相比之下，没有大型环形电流可以使等离子体更稳定。　　很明显，研究成本主要来自于励磁线圈和对运动粒子的限制，通常为了降低成本，励磁线圈的设计并没有理想中的那么复杂，对运动粒子的限制设计也是简化的，这意味着要想将等离子体包含在磁瓶中并不是那么容易的。　　共同之处　　虽然Wendelstein 7-X和ITER使用的方法不同，但是大部分底层技术还是相同的。　　第一，他们都是环形超导机器；其次，他们的加热方式也都是使用外部加热系统，如通过一定频率的无线电或者向反应堆里注入中性束来加热等离子体。同时，大部分等离子体诊断技术也有很多共同之处。　　在发电厂中，重氢原子——氘和氚(氢的同位素)以及一个高能中子聚合形成氦原子。　　当然，这个等离子体中也含有氦原子，而具有电中性的中子主要分布在等离子体中的空白区域。当外界加热到一定温度时，这便可以驱动汽轮机发电。　　根据聚变反应的共同特征，我们显然知道，只有开发能够承受高温和由聚变反应产生的快速中子的材料，聚变能量才能为我们所用。　　且不论设计方式，聚变反应堆的第一层内壁必须能够抵御高能粒子在其寿命中的不断撞击。　　在这个阶段，无论是ITER使用的托卡马克装置，还是Wendelstein 7-X使用的仿星器，现在讨论其是否更适合商业核聚变发电厂都未免有点言之过早。　　但无论怎样，着手研究Wendelstein 7-X都不会是一个错误的做法。这不仅有助于分辨出更加适合采用的技术，而且也为未来聚变实验提供了宝贵的知识和经验。也许，一场由聚变能引起的能源革命将在未来的某一天上演。　　马修·霍尔，是澳大利亚国立大学等离子体研究实验室的高级研究员。　　本文最初发表在《谈话》(The Conversation)316被浏览86975分享邀请回答6718 条评论分享收藏感谢收起2349 条评论分享收藏感谢收起查看更多回答316被浏览86975分享邀请回答3616 条评论分享收藏感谢收起核聚变发电实用化？先别急着高兴 _ 东方财富网
核聚变发电实用化？先别急着高兴
东方财富网APP
方便，快捷
手机查看财经快讯
专业，丰富
一手掌握市场脉搏
手机上阅读文章
　　洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)正在谋划大动作。非常大的动作。　　本周，这家公司宣布自己“正走在开发核聚变反应堆的快车道上。”这项技术，用简单的话来说，就是“以小型磁力场来容纳太阳的能量”，从而实现核聚变的约束。　　这个项目的负责人汤姆·麦奎尔(Tom McGuire)宣布，他的团队(拥有几项专利)之所以将这个消息公开，是为了寻找潜在的政府和行业合作伙伴来支持这项持续四年的项目：建造一座只有7英尺宽、10英尺长的100兆瓦反应堆。　　这个项目是由洛克希德马丁公司的“臭鼬工程”(Skunk Works)团队负责。如果“臭鼬工程”这个名字听起来有些耳熟的话，是因为正是这个团队推出了大名鼎鼎的U2 侦查机(是的，这支乐队的名字来源来一驾飞机)，还有黑鸟(Blackbird)高空侦察机，以及其他一些知名飞行器。“臭鼬工程”团队在相对秘密的环境下工作，且拥有高度自治权。　　现在，洛克希德决定将“臭鼬工程”带到台前。事实上，像洛克希德这种大名鼎鼎的大公司，如果决定向大众公布某个概念的话，那我们就必须严肃认真地对待这个概念。当然了，他们必须至少要通过法律、风险管理以及市场营销团队的审核，最后才能得到CEO批准发布此事。　　现在，让我们缓一缓，以门外汉的语言来谈谈科学：如何区分裂变(目前普遍采用的核技术)和聚变(未来将成为主流的技术)。裂变是指原子在分裂过程中释放热能。在核反应器中，这种热量会被用于将水煮沸，制造出高压水蒸气，进而带动涡轮机运转发电。　　而聚变则是指加热一种气体，并将这种气体分裂成离子和电子。在温度足够高的情况下，离子以极高的速度相互碰撞，然后聚合(由此产生聚变)。聚变反应所产生的能量是裂变反应的三至四倍。　　目前为止，最大的难题在于如何维持这一过程，而过去60多年以来，这一点始终是核聚变技术研究的核心课题。现在的方法是使用托卡马克(Tokamak)——这是一种极为巨大且昂贵的设备，它能利用磁场来约束聚变等离子体。　　洛克希德公司的创新之处在于，它采用了一种其称之为“高风险值”的概念。它“利用磁场中的高压部分”，从而形成“磁瓶”(magnetic bottle，注：又名磁笼，即用来约束高温等离子的封闭磁场)，后者可承受数亿度的高温。洛克希德公司用该技术可将设备体积极大地缩小到只有原来的十分之一。结果会如何？该公司认为，聚合反应器将能够装进卡车后仓。　　由于设备体积小，这家公司也因此能够更快地推进开发流程，用几个月的时间来设计并构建一种此前可能需要长达五年时间才能完成的概念。而洛克希德马丁理论上也可以使用更少的资源测试更多的可能性。更快的迭代意味着从概念到原型产品的进程加速了：洛克希德暗示，其可能在5年内开发出一个具有竞争力的原型产品，并希望能在10年内进行商业化的应用。　　设备所产生的热量将被用于带动涡轮机，而后者将不再需要燃气轮机，转而使用热交换机。这之中的想法是改装现有的100兆瓦涡轮机，然后可以将之运用到方方面面中，包括：　　——利用改装过的100兆瓦级燃气涡轮机装量，为一座小型城市供电15年。　　——为行驶在洋面上的轮船提供无限量的续航能力(这也就是海军上将海曼?里科弗& Admiral Hyman Rickover &在冷战时期打造核动力海军的理由——只不过现在它将会更广泛地应用到民用航运中。)　　——开发一款具有类似于无限续航力的飞机(这是柯蒂斯?勒迈将军& General Curtis LeMay &的梦想，1954年橡树岭国家实验室熔盐反应堆的开发便是由此而来)。洛克希德的网站显示，一架C5运输飞机大小的飞机，“仅需几罐汽油”，就能飞行一年时间。　　相当令人激动的事物。然而，还需要引起警惕。尽管这可能不是1989年斯坦利?庞斯(Stanley Pons)和马丁?弗莱契曼(Martin Fleischmann) 最终不了了之的有关“冷聚变”宣言，但它也不是什么石破天惊的大发现。任何新理论发展，从概念到原型再最终到商业市场的过程中，存在着“许多意料不到的变数”。　　首先，存在着成本问题和另外一个大问题：用这种办法真的能够生产出廉价的电力？华盛顿大学航空学和天体物理学教授、物理学副教授、聚合实验研究员汤姆?贾波(Tom Jarboe)在一封写给Business Insider的电子邮件中表达了怀疑情绪，称“核能工程显然未能达到成本节约的目的”。　　这位投稿者采访的一名专家指出，“你在制造中子，这意味着你是在制造某种相当程度的辐射，也就是意味着需要做大量辐射防护。”这也就是要牵涉到大量的相关重量，所以你可能不能在飞机中使用它，它也可能不能装进卡车里——它的体积可能超过卡车后仓许多倍。　　更为重要的是，这位专家指出，其余的部分还是“未知数”，并不清楚洛克希德真正做到哪一步了。这位专家个人认为，洛克希德要在接下来的几周中继续披露更多细节性信息，因为这一宣布显然将会引起很大的轰动。“现在没有特别值得引起注意的信息。我正等着看他们展示手上真正拥有些什么。”我们所有人都在等着看。　　这是否是一个能改变世界的真正的革命性进展？在不久的将来，我们就能见分晓了。
(责任编辑：DF134)
[热门]&&&[关注]&&&
请下载东方财富产品，查看实时行情和更多数据
郑重声明：东方财富网发布此信息目的在于传播更多信息，与本网站立场无关。东方财富网不保证该信息（包括但不限于文字、数据及图表）全部或者部分内容的准确性、真实性、完整性、有效性、及时性、原创性等。相关信息并未经过本网站证实，不对您构成任何投资建议，据此操作，风险自担。
扫一扫下载APP
东方财富产品
关注东方财富
天天基金网
扫一扫下载APP
关注天天基金