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英国计划建造全球首座核聚变发电厂
可能在2040年展示商业能源生产

发布时间:2019-10-16

国际核聚变项目ITER目前正在法国南部建设。图片来源:Christophe Simon

本报讯 英国加入了建造全球第一座商用核聚变反应堆的竞赛。103日,该国政府宣布了一项2亿英镑(2.48亿美元)的投资。

尽管目前还没有一座核聚变设施能够产生超过其运行所需的能量,但各国政府已经在考虑如何建造一座商用反应堆。其中,英国方案的设计和时间表都是最具雄心的。

“这钱是否足够,我不知道,但这是一大笔钱。”Tim Luce说,他是世界最大核聚变实验ITER的首席科学家,该实验得到了各国的支持。Luce表示,如果这笔资金继续用于制造最终设备的关键部件原型,那应该会给英国带来“一个良好的开端”。

在未来的4年里,牛津附近的Culham核聚变能源中心的科学家将为球形托卡马克能源生产(STEP)做出详细的设计,后者是一个能够产生数百兆瓦净电能的工厂,最早在本世纪40年代初建成并投入使用。如果决定继续建造该设施,费用将高达数十亿英镑。

管理Culham核聚变能源中心的英国原子能管理局(UKAEA)的STEP项目主管Howard Wilson表示,“这是一个雄心勃勃、充满冒险精神的项目,但我认为核聚变项目必须如此。”

氢原子与氦的核聚变过程为太阳提供能量,这预示着清洁能源的无限供应。但是,迄今为止,还没有任何设施能够产生比所需更多的能量。位于法国南部的国际ITER实验计划在2035年实现这一目标。STEP项目的目标则更进一步——建立一个能够利用核聚变发电的工厂。只有ITER成功了,科学家才能知道像STEP这样的商业工厂原型是否真的可行。

ITER一样,英国计划中的设施将基于“托卡马克”式的设计,利用磁场来限制氢、氚和氘等重同位素的等离子体,这些重同位素在极端高温和高压下发生聚变。但是,鉴于ITER的托卡马克是甜甜圈形状的,STEP将使用一种自20世纪90年代以来在英国试验的方法——将过热的气体保持在一个更紧凑的苹果核形状中。

科学家希望这个直径约10米的小型设施将被证明更便宜。但其体积的缩小也会带来一些问题,比如如何在更小的表面积上控制等离子体的极端热量。

美国剑桥麻省理工学院等离子体物理学家Anne White说,建造一个更紧凑的托卡马克是一个有风险的选择。物理学家相信ITER的托卡马克将按计划工作,因为它的设计已经被广泛研究过。但White表示,对于球形托卡马克来说,还有许多未知因素。“这意味着风险更大,但另一方面,这也可能意味着有更多东西需要发现,或者有更多东西需要优化。”

英国只是众多计划建造商用反应堆的国家之一。欧洲版的ITER实验反应堆DEMO计划在本世纪50年代投入使用。世界各地的许多公司也希望实现更紧凑的设计。

STEP的资金来源于去年10月时任首相特蕾莎·梅政府宣布提供的2000万英镑,该政府为第一年的设计提供了资金。Culham中心首席执行官兼UKAEA主管Ian Chapman表示,2024年后,该设施的后续开发阶段将涉及公共和私人投资。

英国未来在ITER中扮演的角色仍不确定,因为它的成员身份来自欧洲原子能共同体,而英国政府计划在该国退出欧盟时退出该共同体。30多年来,Culham中心一直主持着由欧盟资助的欧洲联合环形加速器项目,该项目为ITER测试燃料技术。

Luce说,尽管政府说它希望找到一种方法保持其在ITER中的存在,但STEP的投资有助于确保英国在核聚变方面的长期专业知识不会过时。他补充道:“为了从ITER的投资中获得回报,各国需要国内的专业知识和一条前进的道路。”

然而,Chapman坚持认为,STEP计划并不意味着英国试图单干。他说,ITER7个合作伙伴——中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国都在致力于设计商用反应堆、建立供应链和发展国内专业技术,以推进下一阶段的核聚变发展。“我们不应该把STEP视为拒绝国际合作的迹象。”(赵熙熙)


《中国科学报》 (2019-10-14 2版 国际)

 

 

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