IT之家 7 月 3 日消息，在尋找無(wú)碳清潔能源的道路上，核聚變可能是最可行的解決方案，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)需求啟動(dòng)和停止反應(yīng)。
目前，30 多個(gè)國(guó)家（包括中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)等等）正在法國(guó)合作建造國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）?！癐TER”在拉丁文中意為“道路”，因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)的縮寫“ITER”也意味著和平利用核聚變能源之路。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間 7 月 1 日，隨著 19 個(gè)巨大的環(huán)形場(chǎng)線圈運(yùn)抵法國(guó)南部，ITER 宣布聚變能項(xiàng)目來(lái)自日本和歐洲的大型環(huán)形場(chǎng)線圈完工并交付。這標(biāo)志著該反應(yīng)堆設(shè)計(jì)過(guò)程的結(jié)束，距離投入使用僅一步之遙。
如圖所示，D 型的環(huán)形磁場(chǎng)線圈將被放置在 ITER 的真空容器周圍，這是一個(gè)類似于甜甜圈狀的腔室，也就是“托卡馬克”。在容器內(nèi)部，輕原子核將聚變成較重的原子核，并釋放出巨大的能量。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，科研人員將“燃料”（氘和氚）以氣體的形式注入托卡馬克裝置，然后將電流通過(guò)氣體使其電離成等離子體，也就是物質(zhì)的第四態(tài)（由原子核和電子組成的“云”）。
然后，等離子體將被加熱到 1.5 億攝氏度（相當(dāng)于 10 倍太陽(yáng)核心溫度）。在這一溫度下，輕原子核的速度將被加速到足夠高，從而碰撞并“聚合”。為了塑造、限制和控制這種極其熾熱的等離子體，ITER 就必須為其加載一個(gè)無(wú)形的磁場(chǎng)籠，使其精確貼合真空容器的形狀，也就是這里用到的巨型線圈。
ITER 這里使用的是“鈮錫”和“鈮鈦”作為其巨型線圈的材料，相信大家或多或少聽(tīng)說(shuō)過(guò)。制造 19 個(gè)環(huán)形場(chǎng)線圈需要 8.7 萬(wàn)多公里的細(xì)線，這些線束主要是在中國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)生產(chǎn)。
通電后，這一線圈就會(huì)變成電磁體。然后，科研人員就會(huì)用液氦將其冷卻到 -269℃ (4 開(kāi)爾文) 時(shí)，它們此時(shí)就會(huì)變成超導(dǎo)體。
為了能夠精確獲得所需磁場(chǎng)，ITER 采用了三種不同的磁體組。18 個(gè) D 形環(huán)形磁場(chǎng)線圈將等離子體限制在容器內(nèi)，還有 6 個(gè)環(huán)形疊加的偏置場(chǎng)線圈水平環(huán)繞托卡馬克裝置，共同控制等離子體的位置和形狀。
在托卡馬克的中心，圓柱形中央螺線管可利用能量脈沖在等離子體中產(chǎn)生強(qiáng)大電流。據(jù)介紹，ITER 的等離子體電流峰值將達(dá)到 1500 萬(wàn)安培，這也創(chuàng)下了全球托卡馬克裝置新紀(jì)錄。
據(jù)介紹，這里用到的線圈是由歐洲和日本機(jī)構(gòu)贊助并制造的，高 17 米，寬 9 米，重約 360 噸。此外，其適用的不銹鋼外殼重約 200 噸，足以抵抗 ITER 運(yùn)行期間產(chǎn)生的巨大力量。
安裝完成后，這些環(huán)形磁場(chǎng)線圈將作為一個(gè)整體共同運(yùn)行，這也是有史以來(lái)最強(qiáng)的磁體。它們將產(chǎn)生總共 41 吉焦耳的磁能，相當(dāng)于是地球磁場(chǎng)的 25 萬(wàn)倍左右。
組裝完成后，ITER 聚變反應(yīng)堆將產(chǎn)生 500 兆瓦的峰值熱能。如果連接到電網(wǎng)，將能夠持續(xù)產(chǎn)生 200 兆瓦的電力，可滿足 20 萬(wàn)戶家庭的用電需求。
公開(kāi)資料顯示，ITER 科學(xué)裝置的核心是托卡馬克綜合體，高 80 米（包括地下室），長(zhǎng) 120 米，寬 80 米，這也是 ITER 平臺(tái)的主體。這座七層高的建筑不僅將容納 ITER 托卡馬克，還將容納 30 多個(gè)用于機(jī)器運(yùn)行的不同的工廠系統(tǒng)。
該反應(yīng)堆僅設(shè)計(jì)過(guò)程就耗時(shí) 20 年，制造工作橫跨三大洲；其建設(shè)工作始于 2013 年，計(jì)劃用 10 年完成建設(shè)，并運(yùn)行 20 年，截至 2015 年投資就已經(jīng)超過(guò) 140 億美元（IT之家備注：當(dāng)前約 1020.53 億元人民幣），預(yù)計(jì)于 2025 年正式開(kāi)始等離子體實(shí)驗(yàn)，2035 年進(jìn)一步開(kāi)始進(jìn)行全氘 - 氚聚變實(shí)驗(yàn)。
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