中国参与人造太阳计划自主设计超大件发运

2018年11月24日 来源:

作为国际热核聚变实验堆(ITER)计划的参与国之一,中国承担生产和设计的首个超大部件——脉冲高压变电站(PPEN)首台主变压器,已于4月17日正式从天津临港发运,预计在今年6月份到达法国。

中国承担设计的脉冲高压变电站 (PPEN)首台主变压器为400KV高压智能主变压器。

按照ITER总体设计要求,此次中国承担设计的脉冲高压变电站 (PPEN)首台主变压器为400KV高压智能主变压器,容量为300MVA,主要功能是在ITER托卡马克各种运行模式下,向磁体功率电源、辅助加热系统功率电源各类负荷子系统提供所需的脉冲功率。该变压器是ITER计划实施以来,中方交付的首个超大部件。

国际热核聚变实验堆(ITER)是什么组织

各方代表在巴黎召开理事会。

听过“人造太阳”计划的读者,可能对于ITER计划并不陌生。根据ITER官网的介绍,该组织全称为国际热核聚变实验反应堆,计划开始于1985年,是一个国际核聚变研究和巨型工程,是世界上最大的磁约束等离子体物理学实验,目前正在建设世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆,位置处在邻近于法国南部的卡达拉舍设施。

实验性托卡马克核聚变反应堆建设中。

2006年11月21日,七个成员包括欧盟、美国、中国、日本、俄罗斯、韩国和印度,正式同意资助创造核聚变反应堆。该计划预计将持续30年:10年建造,20年运行。ITER最初预计将耗资约50亿欧元。其中欧盟承担50%的费用,其余6方(美国、中国、日本、俄罗斯、韩国、印度)分别承担10%,超出预计总花费的10%费用将用于支付建设过程中由于物价等因素造成的预算超支。但是,随着原材料价格的上涨和所看到的最初设计的变化,这一数额已经超过三倍而达到了160亿欧元。该组织预计,反应堆需花费10年时间建造并计划在2019年完成,目前并已经开始采购大型部件。

中国既是ITER计划成员国还是重要设备生产商

中国在2003加入该计划,除了参与投资外,中国还承担反应堆里部分组件的设计和生产。比如这次的脉冲高压变电站(PPEN)的首台主变压器。PPEN是中国承担的ITER重要采购包之一,从 2006开始,历时6年,经历了分包谈判、初步设计、最终设计等过程。2012年由中方正式启动,其任务目标是制造ITER 400kV/66kV/22kV三个脉冲高压变电站的所有电力和电气设备。

在此之前,中方还承担了ITER计划中的纵场线圈导体的设计和研发。这也是中方第一个开工的ITER计划采购包,总共包括13根导体。

此外,中科院合肥物质科学研究院自主设计和建造的“人造太阳”—— 热核聚变装置EAST日前已获重大突破,实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电,其研究成果将为未来ITER实现稳态高约束放电提供科学和工程实验支持。

ITER旨在通核聚变反应堆创造源源不断的清洁能源

那么为什么这7个国家会参与耗资上百亿欧元的托卡马克核聚变反应堆建设?答案正如ITER官网所言,因为这是通往新能源的道路(the way to the new energy)。

核聚变又称核融合是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核(或粒子)的一种核反应形式。举例来说,太阳就是通过原子核的核聚变产生能量,把氢原子聚变成氦原子,源源不断地向外产生能量。

此外,相对于传统的核反应堆所产生的污染物,核聚变反应堆将生产几乎没有任何二氧化碳或其他大气污染物,它所产生的其他放射性废料产物的处理周期更短。

目前人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸;也可以触发可控制核聚变,但输入的能量大于输出或发生时间极短。科学家正努力研究如何控制核聚变,托卡马克核聚变反应堆就是核聚变的一种可控方式。

只是要想能量可被人类有效利用,必须能够合理的控制核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出;而触发核聚变反应必须消耗能量(约1亿度),因此人工核聚变所产生的能量与触发核聚变的能量要到达一定的比例才能有经济效应。

ITER的目标是,使用环形加速器产生温度超过10亿摄氏度的氢等离子体,它将产生大约5亿瓦特(500 MW)的核聚变能量,维持时间大约为500秒。

核聚变,在军事上的应用是威力无穷的氢弹,如果在民用上能实现可控,则相当于人造太阳,将彻底改写人类的能源版图。


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