国际热核聚变实验反应堆项目有助于获取绿色新型能源

据俄罗斯卫星通讯社sputniknews报道,学者们确信,国际热核聚变实验反应堆(ITER)项目有助于人类获取环保安全的新型能源,这种能源利用的是几乎无穷尽的燃料储备。一克此种燃料相当于于至少10吨碳氢化合物(hydrocarbon)的能量。2020年夏季,学者们开始建造未来反应堆的主要部分。请在俄罗斯卫星通讯社的新文章中了解,俄罗斯学者们在能源领域规模最大的一个项目上究竟对人类做出了什么样的贡献。

热核能源的世界

热核反应释放出巨大能量,但发生反应的等离子体(plasma,电浆)的温度在几万到几十万之间。最耐热的材料能够经受的温度大约在3000到4000度之间。

学者们解释说,如果利用强大的电磁场把等离子体与反应堆的墙壁“阻断”,那么就可以利用热核能源。最佳的热核等离子体电磁阱是苏联院士们在20世纪50年代初提出的。

与原子反应堆不同的是,在热核反应堆中发生的不是原子核分裂,而是在等离子体的密度仅相当于空气密度的几十万分之一的情况下发生了原子核聚变。学者们强调,因此爆炸是不可能发生的,这使反应堆从原则上来说是安全的。这种热核反应堆的运行产品将是无害的氦和氚(亦称超重氢),而这些气体稍后被用于支持反应本身。

建立国际热核聚变实验反应堆的主张是20世纪80年代中期提出的,其任务在于展示工业规模利用热核能源的可能性。

目前有七方参加项目:欧盟、印度、中国、韩国、俄罗斯、美国和日本。国际热核聚变实验反应堆的总部位于法国南部的卡达拉舍(Cadarache)。

国际热核聚变实验反应堆规定俄罗斯开发系列关键组件,其中包括最完善的超导电缆和世界上最佳的利用超高频电磁辐射加热等离子体的装置。

超重氢(亦称氚)的艰难任务

国际热核聚变实验反应堆中将把氢的同位素混合物——重氢(deuterium)和超重氢(tritium,亦称氚)当作燃料。重氢可以从水中生产,而超重氢将在热核反应堆中自行复制。作为试验装置,国际热核聚变实验反应堆将不产生电能,但按照学者们的计算,在商业性的热核反应堆中,一克燃料将产生目前10吨到20吨碳氢化合物所产生的能量。
反应堆运行的一个风险在于装置放电室中积累放射性的超重氢,因此它的数量受到安全标准的限制。放电室内壁的材料——钨和铍——不会积累许多超重氢,但尽管如此,学者们解释说,为了使反应堆稳定运行,必须采取定期远程控制超重氢水平的方法。

俄罗斯国家研究型工艺大学(NUST MISIS)等离子体和等离子体科技学院2020年专门成立的实验室负责解决这个关键问题。该实验室由年轻学者、等离子体物理学系副教授尤里·加斯帕良领导。“我们的任务是学会,如何在对反应堆内壁的可能影响最小化的情况下,测定最轻且活动性最强的氢的同位素的浓度”,——加斯帕良介绍说。

危险的灰尘

物理学家们的计算表明,灰尘微粒将被收集在装置放电室的底部,这对反应堆构成危险:灰尘本身就有失火危险,再加上又积累了具有放射性的超重氢。

为了控制灰尘的数量和构成,俄罗斯国家研究型工艺大学(NUST MISIS)的学者团队建议利用一种特殊的探测器。在探测器和放电室内壁表面之间的电场中,灰尘细粒将带电,并被吸引到专用接收器中。

科学先锋

“俄罗斯国家研究型工艺大学(NUST MISIS)等离子体物理学系是项目积极参加方之一,其中包括在培养人才方面积极参与项目。在过去半个多世纪来,我们系培养了热等离子体物理学领域和可控核聚变领域的专家,”——俄罗斯国家研究型工艺大学(NUST MISIS)等离子体物理学系主任瓦列里·库尔纳耶夫介绍说。
自俄罗斯国家研究型工艺大学(NUST MISIS)等离子体物理学系成立以来,专家们建立了有助于研究等离子体及其成分与各种材料发生相互作用的各种装置(离子、电子和中性原子)。制定了描述这些过程的理论和代码,培养了大批学者。