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日新一代核聚变实验装置今秋运转

2022-02-24 18:32     来源:科技日报     碳中和 核聚变 等离子体 放射性核素

全球“碳中和”背景下,核聚变发电作为一个关键的技术途径受到广泛关注。日本量子科学技术研究开发机构(QST)将在今年秋季正式运行新一代热核聚变实验装置(JT-60SA)。届时,该装置将成为世界上最大的使用超导线圈的托卡马克等离子体实验装置。核聚变实验中托卡马克产生的磁约束聚变等离子体都会有一个特定的形状,而下一代核聚变堆的研发面临的极为重要的技术瓶颈就是等离子体形状控制技术。

等离子体是一种由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体,具有不同于固体、液体和气体的独特性质。核聚变的主要燃料取自氢的同位素氘(重氢)和氚(超重氢)。简单来说,核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。核聚变反应正是发生在等离子体的物质状态中,同时释放出约为核裂变反应4倍左右的巨大能量。稳定控制下的核聚变反应预期可以提供几乎无限的清洁、安全和廉价的能源,被形象地称为“人造太阳”。

JT-60SA被视为国际热核聚变实验堆(ITER)的技术备份,但采取更为先进的设计。通过只使用氘开展等离子体控制实验从而简化系统,尽管放弃了最具有商业前景的D-T反应,但却抢先构建出了各国在ITER成功后争相建设的原型堆。

QST量子能源部门负责人称,JT-60SA将为ITER的长期运行提供必要的技术验证,反映其研究成果。当前目标在于使用氘,维持100秒左右的等离子态。同时QST还非常关注一些周边技术,比如锂被普遍认为是核聚变最理想的燃料,QST开发出了使用特殊陶瓷膜,从海水中回收锂的技术。在用膜隔开的水槽一侧放入盐酸,充分利用两侧的锂浓度差进行回收。这项技术不仅可以用于核聚变反应堆,还有望用于制造锂离子电池。

日本首相岸田文雄在1月的施政演说中,围绕实现“碳中和”的技术路线,首次提及了核聚变技术。据悉,日本政府面向技术实用化,正在制定相关的国家战略。

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