ITER宣布实验继续延期 世界最大核聚变装置运行还要等

科技 2024-07-04 09:34 阅读:

7月4日消息,当地时间周三上午,国际热核聚变实验反应堆组织宣布了一件早已为人所知的事情:世界上最大的托卡马克项目将进一步延期,人们期待已久的核聚变机器运行至少推迟十几年时间。

ITER是一个巨大甜甜圈形状的磁聚变装置,也被称为托卡马克。托卡马克利用磁场来控制超高温等离子体,从而诱导出核聚变。核聚变是两个或两个以上的轻原子核结合形成一个新原子核的反应,在这个过程中能释放出巨大能量。科学家认为核聚变是一种潜在可行的无碳能源,但成为现实还需要克服许多工程和经济方面的挑战。

ITER项目之前的基线是在2016年制定的。2020年,突如其来的全球疫情中断了ITER的大部分工作,导致项目进一步推迟。

据《科学美国人》报道,ITER项目的成本是最初估计的四倍,最近数据显示项目开支超过220亿美元。在周三早些时候的新闻发布会上,ITER项目总干事彼得罗·巴拉巴斯基(Pietro Barabaschi)解释了项目推迟的原因和更新的项目基线。

巴拉巴斯基说:“自2020年10月以来,我们已经向公众和利益相关者明确表示,2025年实现首次等离子体实验不再可能。”“新的基线已经重新设计,优先考虑如何启动研究操作。”

巴拉巴斯基表示,新基线将降低操作风险,并为使用氘-氚的聚变反应设备做好准备。他说,与其在2025年进行“短暂、低能量的机器测试”,还不如将更多时间用于调试实验设备,并增加更多的外部加热能力。全磁能运行被推迟了三年时间,从2033年推迟到2036年。氘-氘聚变操作仍将按原计划在2035年前后进行,而氘-氚聚变操作将推迟四年,从2035年推迟到2039年。

ITER由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等成员国出资建设。目前项目进展缓慢,成本也比最初预计的要高。

本周早些时候,ITER组织宣布,托卡马克中用于约束等离子体的巨型磁铁环形磁场线圈已全部交付,这是项目启动20年来的一个重要时刻。这些17米高的巨型线圈将被冷却到零下269摄氏度,围绕在装有等离子体的容器周围,使ITER科学家能够控制内部的聚变反应。

ITER基础设施的规模和投资金额一样庞大。目前现存最大的冷质量磁体是欧洲核子研究中心阿特拉斯实验的一个370吨部件,但ITER新交付的全部磁体冷质量为6000吨。

ITER的预期目标是展示实现工业规模核聚变所需的集成系统,达到所谓Q≥10的科学基准,即为机器内的等离子体提供50兆瓦的加热功率,机器能输出500兆瓦的聚变功率;此外,设备稳态运行过程中能实现Q≥5。这些目标都不容易实现,但实验室环境中科学家用托卡马克和激光进行的核聚变实验,正在帮助人们逐步接近产生能量比反应本身所需能量更多的聚变反应。

但核聚变在科学层面的可行性与满足全球能源需求的实际应用还存在巨大差异。人们老生常谈的是,核聚变能成为能源永远是50年之后的事情。它永远超越了当下技术,人们总是被告知“这次会不一样”。ITER项目的目的是验证核聚变能源的技术可行性,但重点并不在于经济可行性。对于人类来说,经济可行性是另一个棘手问题,核聚变发电不仅要成为一种技术上可行的能源,还要成为能并入电网的能源。

巴拉巴斯基还提到,ITER托卡马克存放等离子体的容器内壁材料现在将从铍改成钨,“因为很明显,钨与未来的演示机器以及最终的商业聚变装置更相关。”事实上,早在今年5月份,法国超导托卡马克装置WEST就使用钨作为内壁材料,使等离子体维持了比太阳核心温度高3倍的时间长达6分钟。韩国的KSTAR托卡马克也用钨制成的材料取代了碳。

正如此前报道的那样,核聚变是一个值得研发的领域,但让人类摆脱化石燃料、作为主要能源不应该依赖它。科学在进步,但核聚变永远是一场超长距离马拉松,而不是短跑。