国际热核聚变实验堆“心脏”安装启动_工程

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由于聚变能的研究不仅关系到最终解决人类能源问题,而且还涉及众多最先进且非常敏感的技术,因此,ITER计划的形成除与科学技术本身的发展有关外,还始终与主要大国在政治和外交方面的考虑分不开。本文将主要从科学和技术角度作一些分析和说明。1

由于核聚的理论和工程技术多如牛毛,却都没能实现q值大于10的发电最低要求,而iter是规模最大的实验堆,比当今世界上最大的还要大一倍,超出了单个国家的技术能力或建设能力,所以弄““国际的””,可以为早日实现核聚变发电““无可替代的作用””。但

本报北京电 (记者蒋建科)全球建造规模仅次于国际空间站的国际大科学工程计划——国际热核聚变实验堆(ITER)的“心脏”安装阶段日前在京启动。在中核集团董事长余剑锋和中国国际核聚变能源计划执行中心主任罗德隆的共同见证下,ITER组织总干事比戈代表ITER组织与中核集团牵头的中法联合体正式签订了国际热核聚变实验堆(ITER)主机安装一号合同(TAC1)。

我国核聚变能研究开始于60年代初,尽管经历了长时间非常困难的环境,但始终能坚持稳定、逐步的发展,建成了两个在发展中国家最大的、理工结合的大型现代化专业研究所,即中国核工业集团公司所属的西南物理研究院(SWIP)及中国科学院所属的合肥

余剑锋表示,这是迄今中国企业在欧洲市场中竞标的最大核能工程项目合同,也是中国核能单位首次以工程总承包形式成功参与国际大科学工程项目。该合同是中核集团坚定落实“一带一路”倡议取得的又一项成果,意味着中国30多年不间断进行核电建设所形成的工程总承包能力和50多年核聚变技术积累所形成的国际影响力获国际核能高端市场认可。

国际热核聚变实验堆(ITER)计划 ,简称“(ITER)计划” ,(ITER:International Thermonuclear Experimental Reactor),ITER计划 倡议于1985年,并于1988年开始实验堆的研究设计工作。经过十三年努力,耗资十五亿美元,在集成世界聚变研究主要

“这是ITER组织的主要合同,”比戈说,“我们已经为ITER主机部件的机械安装精心准备了1200多个设计工作包,同时计划了装配序列;我们很高兴找到了高素质、积极的合作伙伴来完成这项工作。期待着与世界知名的行业专家合作,按时、按规格安装世界上最具挑战性、最有前途和最重要的科学设备之一。”

中国应该是2003年加入该计划,2003参与国际协商、2006共签协定,加入国际热核实验反应堆的。 “国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,建造约需10年,耗资50亿美元。ITER装置是一个能产生大规模

TAC1安装标段工程是国际热核聚变实验堆(ITER)托卡马克装置最重要的核心设备安装工程,其重要性相当于核电站的反应堆、人体里的心脏,主要工作为杜瓦结构的安装以及杜瓦结构和真空容器之间所有的系统安装。核聚变能被认为是解决未来能源困境的理想能源,面对“新材料、新技术、新工艺”的“三新”工程,中法联合体将强强联手,为全球能源可持续发展而不懈努力。

ITER计划 是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。它的建造大约需要十年,耗资五十亿美元(1998年值)。合作承担ITER计划的七个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国,这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲

据悉,该项目由中国核电工程有限公司牵头,携手中科院等离子体物理研究所、中国核工业二三建设有限公司、核工业西南物理研究院,法国法马通公司参与组成中法联合体,以工程总承包形式正式中标在法国建设的国际热核聚变实验堆(ITER)TAC1安装标段。目前,中法联合体TAC1项目筹备组已完成项目任务书、项目大纲等准备工作,计划10月底起常驻法国进行项目前期筹备工作。返回搜狐,查看更多

在地球上,核聚变最先是在氢弹中大量产生的。在氢弹中,引爆用的原子弹所产生的高温高压,使氢弹中的聚变燃料挤压在一起,由于物质的惯性,在飞散之前产生大量聚变(也叫惯性约束核聚变)。只不过,氢弹爆炸威力巨大,人类无法控制它。上个世纪6

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国际热核聚变实验堆计划的国际热核聚变实验堆花落法国

国际热核聚变实验堆计划参与各方2005年6月28日在莫斯科作出决定,世界第一个热核聚变实验堆将在法国建造。 据路透社2005年6月29日报道,国际热核实验聚变堆计划最早于1985年提出,其最早参与国有欧盟15个成员国以及加拿大、俄罗斯和日本。美国于1998年宣布退出该计划之后,于2003年2月18日重新加入这项大型国际计划,中国也于同一天正式加入该项计划。2001年,反应堆设计以及一些关键原型的制造完成之后,各方就开始为了如何实施该计划而进行多次磋商。其中,反应堆建在何处尤其引人注目。最初,欧盟的西班牙、法国以及日本和加拿大都提出了申请。

2003年2月19日,国际热核聚变实验堆计划参与各方在俄罗斯圣彼得堡作出决定,将于2013年前建成世界上第一个热核反应堆,地点将在西班牙、法国、加拿大和日本4处候选地址中选择。经过多轮较量,西班牙和加拿大退出,日本提出的在青森县六所村和法国提出的在南部马赛附近的卡达拉舍建造这个热核反应堆的方案脱颖而出,成为最终入围的两个候选地址,这两个候选地址各有特色,分别得到国际热核聚变实验堆计划不同参与方的支持。

日本提出的理由是,其修建地点靠近港口,并离一个美*事基地很近。日本政府并且表示愿意承担国际热核聚变实验堆计划30%的费用。法国政府则强调,卡达拉舍有着现成的研究设施,那里的气候条件更好。在这场引人注目的争论之中,美国、日本和韩国主张在日本六所村修建,而欧盟、俄罗斯和中国支持在法国修建。2004年1月29日,中国外交部发言人章启月在例行的记者招待会上表示,中国支持法国建设国际热核聚变堆项目。 美国总统布什在成功连任后出于*考虑改变了立场。他认为,如果无法赢得欧洲的支持,美国将更加难以从伊拉克泥潭中脱身,因此在反应堆选址问题上采取中立态度,这使日本一下失去了重要的*砝码。

此后,法国政府坚持宣称,法国核能研究实力雄厚,管理水平高,选择法国是欧盟各国科技部长经过综合考虑的结果。2004年1月12日,法国总理拉法兰在全国及外国记者联谊会上表示,欧洲人有可能单独实施国际热核聚变实验堆计划,尽管与美国握手言和的机会始终存在。法国声言单干的底气一是来自整个欧盟的支持,二是因为法国的核能技术研究在世界上享有盛誉,法国全国发电量的75%来自核电,竞争力强大。2005年3月,欧盟再次声明,欧盟已决定无论与日本的谈判是否成功,今年年底都将在法国开工建设国际热核聚变实验堆。 在此之后,围绕选址的争执日益开始朝着对法国有利的方向发展。日本政府的态度也从毫无商量的可能转变为一切好商量,出现了明显松动。2005年5月2日,欧盟轮值主席国卢森堡的经济、外贸大臣让诺·克雷克在巴黎说,日本已同意与欧盟就国际热核聚变实验堆建在欧洲的可能性进行讨论,而这种讨论此前一直被日本拒绝。6月22日,日本《每日新闻》报道称,日本已通知欧盟,将放弃此前与法国就国际热核聚变实验堆项目的选址之争,这一决定将在28日于莫斯科召开的有该项目参与的六方会谈上正式宣布。报道称日本政府是在得到了丰厚的“交换条件”许诺之下才作出这一“让步”的。日本“放弃”竞争的交换条件是,建在法国卡达拉舍的国际热核聚变实验堆项目总部中将有高达20%的工作岗位提供给日方,此外,日本的原料供应商也将分得该项目的一大杯羹:在整个项目中,日方投资约占10%。据悉,欧盟为了抢得国际热核聚变;实验堆对日本作出了巨大让步:欧盟承担46亿欧元总建设费用中的40%。其余的60%分别由法国、美国、日本、韩国、俄罗斯和中国各分摊10%。这样一来,欧盟等于是承担了总建设费用的一半。

国际热核聚变实验堆计划的聚变原理

如果说重原子核在中子打击下*放出的裂变能是当今原子能电站及原子弹能量的来源,则两个氢原子核聚合反应放出核聚变能就是宇宙间所有恒星(包括太阳)释放光和热及氢弹的能源。人类已经能控制和利用核裂变能,但由于很难将两个带正电核的轻原子核靠近从而产生聚变反应,控制和利用核聚变能则需要历经长期的、非常艰苦的研发历程。在所有的核聚变反应中,氢的同位素---氘和氚的核聚变反应(即氢弹中的聚变反应)是相对比较易于实现的。

氘氚核聚变反应也可以释放巨大能量。氘在海水中储量极为丰富,一公升海水里提取出的氘,在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量;氚可在反应堆中通过锂再生,而锂在地壳和海水中都大量存在。氘氚反应的产物没有放射性,中子对堆结构材料的活化也只产生少量较容易处理的短寿命放射性物质。聚变反应堆不产生污染环境的硫、氮氧化物,不释放温室效应气体。再考虑到聚变堆的固有安全性,可以说,聚变能是无污染、无长寿命放射性核废料、资源无限的理想能源。受控热核聚变能的大规模实现将从根本上解决人类社会的能源问题。

考虑到氘和氚原子核能产生聚变反应的条件,若要求氘、氚混合气体中能产生大量核聚变反应,则气体温度必须达到1亿度以上。在这样高的温度下,气体原子中带负电的电子和带正电的原子核已完全脱开,各自独立运动。这种完全由自由的带电粒子构成的高温气体被称为等离子体。因此,实现受控热核聚变首先需要解决的问题是用什么方法及如何加热气体,使得等离子体温度能上升到百万度、千万度、上亿度。但是,超过万度以上的气体是不能用任何材料所构成的容器约束,使之不飞散的,因此必须寻求某种途径,防止高温等离子体逃逸或飞散。具有闭合磁力线的磁场(因为带电粒子只能沿磁力线运动)是一种最可能的选择。对不同设计出的磁笼中等离子体运动行为及防止逃逸的研究(即所谓稳定性研究),成为实现受控热核聚变的第二个难点。如果要使高温等离子体中核聚变反应能持续进行,上亿度的高温必须能长时间维持(不论靠聚变反应产生的部分能量,或外加部分能量)。或者可以说,等离子体的能量损失率必须比较小。提高磁笼约束等离子体能量的能力,这是论证实现磁约束核聚变的科学可行性的第三个主要内容。除了验证科学可行性外,建设一个连续运行的聚变反应堆还需要解决加料、排废、避免杂质、中子带出能量到包层、产氚及返送以及由于聚变反应产生大量带电氦原子核对等离子体的影响等一系列科学和工程上的难题。

从20世纪40年代末起,各国就开发了多种磁笼途径,并由之出发,对聚变能科学可行性展开了不同规模的理论与实验探索研究。投入科学家及工程师上千人,经费总计每年超过10亿美元。各途径竞争非常激烈,其间纷争不断。在这过程中,人们对实现聚变能难度的认识也逐步加深。但从20世纪70年代开始,苏联科学家发明的托克马克途径逐渐显示出了独特的优点,并在80年代成为聚变能研究的主流途径。托克马克装置又称环流器,是一个由环形封闭磁场组成的磁笼。等离子体就被约束在这磁笼中,很像一个中空的面包圈,等离子体环中感生一个很大的环电流。随着各国大小不一的托克马克装置的建成、投入运行和实验,托克马克显示了较为光明的前景:等离子体达到了数百万度,等离子体约束也获得了明显效果。科学家们认识到,如果扩大此类装置的规模,有可能获得接近聚变条件的等离子体。

20世纪90年代,在欧洲、日本、美国的几个大型托克马克装置上,聚变能研究取得突破性进展。不论在等离子体温度、在稳定性及在约束方面都已基本达到产生大规模核聚变的条件。初步进行的氘-氚反应实验,得到16兆瓦的聚变功率。可以说,聚变能的科学可行性已基本得到论证,有可能考虑建造聚变能实验堆,创造研究大规模核聚变的条件。

国际热核聚变实验堆计划的发展历程

由于聚变能的研究不仅关系到最终解决人类能源问题,而且还涉及众多最先进且非常敏感的技术,因此,ITER计划的形成除与科学技术本身的发展有关外,还始终与主要大国在*和外交方面的考虑分不开。本文将主要从科学和技术角度作一些分析和说明。

1985年,作为结束冷战的标志性行动之一,前苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根在日内瓦峰会上倡议,由美、苏、欧、日共同启动国际热核聚变实验堆(ITER)计划。ITER计划的目标是要建造一个可自持燃烧(即点火)的托可马克核聚变实验堆,以便对未来聚变示范堆及商用聚变堆的物理和工程问题做深入探索。

最初,该计划仅确定由美、俄、欧、日四方参加,独立于联合国原子能委员会(IAEA)之外,总部分设美、日、欧三处。由于当时的科学和技术条件还不成熟,四方科技人员于1996年提出的ITER初步设计很不合理,要求投资上百亿美元。1998年,美国出于*原因及国内纷争,以加强基础研究为名,宣布退出ITER计划。欧、日、俄三方则继续坚持合作,并基于上世纪90年代核聚变研究及其他高新技术的新发展,大幅度修改实验堆的设计。2001年,欧、日、俄联合工作组完成了ITER装置新的工程设计(EDA)及主要部件的研制,预计建造费用为50亿美元(1998年价),建造期8至10年,运行期20年。其后,三方分别组织了独立的审查,都认为设计合理,基本上可以接受。

2002年,欧、日、俄三方以EDA为基础开始协商ITER计划的国际协议及相应国际组织的建立,并表示欢迎中国与美国参加ITER计划。中国于2003年1月初正式宣布参加协商,其后美国在1月末由布什总统特别宣布重新参加ITER计划,韩国在2005年被接受参加ITER计划协商。以上六方于2005年6月签订协议,一致同意把ITER建在法国核技术研究中心Cadarache,从而结束了激烈的选址大战。印度于2006年加入ITER协商。最终,七个成员国政府于2006年5月25日草签了建设ITER的国际协定。目前国际组织正在组建,总干事和副总干事人选已确定。还有一些国家也正在考虑参加ITER计划。

在ITER建设总投资的50亿美元(1998年值)中,欧盟贡献46%,美、日、俄、中、韩、印各贡献约9%。根据协议,中国贡献中的70%以上由我国制造所约定的ITER部件折算,10%由我国派出所需合格人员折算,需支付国际组织的外汇不到20%。

作为聚变能实验堆,ITER要把上亿度、由氘氚组成的高温等离子体约束在体积达837立方米的磁笼中,产生50万千瓦的聚变功率,持续时间达500秒。50万千瓦热功率已经相当于一个小型热电站的水平。这将是人类第一次在地球上获得持续的、有大量核聚变反应的高温等离子体,产生接近电站规模的受控聚变能。

在ITER上开展的研究工作将揭示这种带有氘氚核聚变反应的高温等离子体的特性,探索它的约束、加热和能量损失机制,等离子体边界的行为以及最佳的控制条件,从而为今后建设商用的核聚变反应堆奠定坚实的科学基础。对ITER装置工程整体及各部件在50万千瓦聚变功率长时间持续过程中产生的变化及可能出现问题的研究,不仅将验证受控热核聚变能的工程可行性,而且还将对今后如何设计和建造聚变反应堆提供必不可少的信息。

ITER的建设、运行和实验研究是人类发展聚变能的必要一步,有可能直接决定真正聚变示范电站(DEMO)的设计和建设,并进而促进商用聚变电站的更快实现。

ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克。其装置中心是高温氘氚等离子体环,其中存在15兆安的等离子体电流,核聚变反应功率达50万千瓦,每秒释放多达1020个高能中子。等离子体环在屏蔽包层的环型包套中,屏蔽包层将吸收50万千瓦热功率及核聚变反应所产生的所有中子。

在包层外是巨大的环形真空室。在下侧有偏虑器与真空室相连,可排出核反应后的废气。真空室穿在16个大型超导环向场线圈(即纵场线圈)中。

环向超导磁体将产生5.3特斯拉的环向强磁场,是装置的关键部件之一,价值超过12亿美元。

穿过环的中心是一个巨大的超导线圈筒(中心螺管),在环向场线圈外侧还布有六个大型环向超导线圈,即极向场线圈。中心螺管和极向场线圈的作用是产生等离子体电流和控制等离子体位形。

上述系统整个被罩于一个大杜瓦中,坐落于底座上,构成实验堆本体。

在本体外分布4个10兆瓦的强流粒子加速器,10兆瓦的稳态毫米电磁波系统,20兆瓦的射频波系统及数十种先进的等离子体诊断测量系统。

整个体系还包括:大型供电系统、大型氚工厂、大型供水(包括去离子水)系统、大型高真空系统、大型液氮、液氦低温系统等。

ITER本体内所有可能的调整和维修都是通过远程控制的机器人或机器手完成。

ITER装置不仅反映了国际聚变能研究的最新成果,而且综合了当今世界各领域的一些顶尖技术,如:大型超导磁体技术,中能高流强加速器技术,连续、大功率毫米波技术,复杂的远程控制技术等等。

2013年9月25日(北京时间)消息,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室报告称,世界最大激光器、被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF)正距离其目标越来越近,显示了一个可持续核聚变反应装置正在由梦想逐步成为现实。不过在设施达到高度稳定前,目前仍有一个显著障碍有待克服 。

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