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一克相当于8吨油!核聚变发电是脱碳的必然选择吗?

核聚变发电 ITER 氢原子
发布:2021-02-18 10:16:29    

在12月的《科学思维》中,介绍了日本在引入可再生能源方面仍有很大潜力。但是,无论可以引入多少可再生能源,都有发电量根据天气状况而波动的风险。

在日本,热力发电具有排放二氧化碳的问题以及必须依靠进口来获取燃料资源的问题。关于核能发电,对安全性仍存在根深蒂固的关切,高放废物的最终处置问题无法解决。

真的没有其他方法可以做到吗?

实际上,正在进行一项庞大的国际项目,以建立一种新的发电方式作为“第四选择”,既不是火力发电,核能发电,也不是利用可再生能源发电。

由欧盟,美国,俄罗斯,中国,韩国,印度和日本组成的国际热核实验堆国际聚变能源组织正在法国南部的圣保罗莱迪朗斯建造国际热核实验堆“ ITER”。这是一个计划。

2月,在量子科学与技术研究与发展组织融合能源部主任Kenhara Kurihara博士的合作下,通过融合利用聚变发电原理和世界上最好的科学原理,构建了《科学思维》。我们将分两部分介绍聚变反应堆ITER的现状以及在日本进行的演示实验,第一部分和第二部分。

“核聚变”和“核发电”有什么区别?

 
ITER在法国正在建设中。设施面积约180公顷。摄于2020年11月6日。 国际热核实验堆组织/ EJF Riche

国际热核实验堆项目是对利用称为“核聚变”的核反应的下一代发电设施进行示范测试的计划。ITER组织于2007年成立,建设工作于2010年开始,三年后,日本公司负责制造许多主要的高科技设备。聚变实验堆ITER的总建设成本约为2.5万亿日元。日本还承担约2300亿日元,约占建设成本的9%。

许多人可能会想到像核电这样的东西,因为它包含“核”一词,但是核聚变反应堆是一种发电方法,它使用的技术与核发电完全不同。至少,它不会产生高放射性废物,而这是核能发电的问题。

另外,与火力发电不同,不使用化石燃料作为燃料。当然,它不会排放二氧化碳,这是全球变暖的原因之一。

根据经济产业省发布的《 2020年能源白皮书》,核聚变研究的预算超过约200亿日元。尽管使用聚变反应堆发电仍处于示范测试阶段,但可以说,作为下一代发电方法,研究正在进行一定的预期。


 
ITER的渲染图。中心的巨大装置是聚变反应堆的主体。与绘制在中央紫色区域前面的人(橙色)的大小相比,可以清楚地看到其巨大的大小。来源:国际热核实验堆组织

日本也在进行聚变反应堆的实证研究。位于茨城县中市的国家量子与放射科学技术研究所已经完成了实验装置“ JT-60SA”的建造,并将于2021年4月开始进行全面的示范试验。

在JT-60SA上进行的实验与在ITER上进行的实验一起被认为是非常重要的,这样才能使聚变反应堆在将来实用。许多人可能会感到惊讶,但是日本是融合研究的推动力。

那么,如何利用核聚变发电呢?我将介绍聚变反应堆中发生的情况。

人工创造“太阳”

 NASA的太阳观测卫星拍摄的太阳。来源:美国国家航空航天局太阳动力学天文台。

“我正在试图人为地创造一种在阳光下发生的反应。”栗原博士谈到核聚变的基本原理。

我们每天看到的太阳的主要成分几乎是氢。太阳的中心部分是一个超过2000亿个大气压和1600万摄氏度的超高温高压极端环境。其中,作为太阳的主要成分的氢以“等离子体”的状态存在,该“等离子体”被分离成原子核(氢的原子核是一个质子)和电子。

已知等离子态的氢核通过结合四个而具有与“氦”核相同的结构(两个质子和两个中子),并且同时产生极大的热量。

在其中的核被组合成较重的原子核(富含中子和质子)的反应这种方式被称为“核聚变反应”。自诞生以来,太阳已经发光了约46亿年,这主要是由于氢发生核聚变反应时产生的能量。

核聚变反应堆计划是从大胆的想法构想的,该想法是在地球上重现太阳中发生的聚变反应并利用那里产生的热量进行发电。

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