聚变能的真正潜力是什么?

聚变能的真正潜力是什么?,第1张

一个叫做Wendelstein 7-X的聚变反应堆内的氢等离子体(?Max Planck Institute for pla a Physics)

这篇文章最初是在对话会上发表的。这篇文章为《生命科学》的专家之声贡献了这篇文章:评论与见解。

几个世纪,人类梦想着利用太阳的能量来给我们在地球上的生活注入能量。但我们想超越收集太阳能的范畴,有一天,我们可以从一个迷你太阳中产生自己的能量。如果我们能够解决一系列极其复杂的科学和工程问题,聚变能源有望成为一种绿色、安全、无限制的能源。每天从水中提取的氘只要一公斤,就可以产生足够的电力,为成千上万的家庭提供电力,科学和工程研究在迫使氢原子在一个自我维持的反应中融合在一起方面取得了巨大进展,同时也产生了少量但可以证明的聚变能量。怀疑论者和支持者都注意到了两个最重要的挑战:长时间保持反应,设计一种材料结构来利用聚变能量发电。

作为普林斯顿等离子体物理实验室的聚变研究人员,我们实际知道,第一座商用核聚变发电厂至少还有25年的时间。但它的巨大利益可能在本世纪下半叶实现,这意味着我们必须继续努力。聚变可行性的主要论证可以提前完成,而且必须提前完成,这样聚变能才能被纳入我们未来能源的规划中。

不同于其他形式的发电,如太阳能、天然气和核裂变,聚变不能发展成微型,然后简单地扩大规模。实验步骤很大,需要时间来构建。但是,丰富、清洁的能源问题将是下个世纪乃至以后人类面临的一个重大问题。如果不充分开发这种最有前途的能源,那就太鲁莽了。

为什么要使用聚变能源在聚变中,氢原子的两个核(氘和氚同位素)融合在一起。这相对来说比较困难:两个核都带正电荷,因此相互排斥。只有当它们在碰撞时移动得非常快,它们才会碰撞在一起,融合,从而释放我们所追求的能量。

这在太阳中自然发生。在地球上,我们使用强大的磁铁来容纳带电的氘、氚原子核和电子的极热气体。这种热的带电气体被称为等离子体。

等离子体是如此的热——超过1亿摄氏度——以至于带正电的原子核移动得足够快,足以克服它们的电排斥和熔合。当原子核融合时,它们形成两个高能粒子-一个α粒子(氦原子的核)和一个中子。

将等离子体加热到如此高的温度需要大量的能量-这些能量必须在融合开始前放入反应堆。但核聚变一旦开始,就有可能产生足够的能量来维持自身的热量,使我们能够把多余的热量抽走,变成可用的电能。

核聚变燃料在自然界中是丰富的。氘在水中含量丰富,反应堆本身可以从锂中制造氚。而且它可以供所有国家使用,大多独立于当地自然资源。

聚变电源是清洁的。它不排放温室气体,只产生氦和中子。

是安全的。不可能发生失控的反应,比如核裂变“熔毁”。相反,如果出现任何故障,等离子体冷却,聚变反应停止。

所有这些属性已经激励了几十年的研究,并且随着时间的推移变得更加有吸引力。但是正的结果与聚变的重大科学挑战相吻合。

进展到目前为止

聚变的进展可以用两个单位来衡量天。首先是对高温等离子体基本认识的巨大进步。科学家们不得不发展一个新的物理学领域——等离子体物理学——来构思将等离子体限制在强磁场中的方法,然后发展出加热、稳定、控制湍流和测量超高温等离子体特性的能力。

相关技术也取得了巨大进展。我们已经推动了磁铁、电磁波源和粒子束的前沿,以控制和加热等离子体。我们还开发了一些技术,使材料能够承受当前实验中等离子体的强烈热量。

很容易传达跟踪聚变走向商业化的实用指标。其中最主要的是实验室产生的聚变功率:聚变功率从1970年代的毫瓦微秒上升到1990年代的10兆瓦(在普林斯顿等离子体物理实验室)和16兆瓦每秒(在英国的欧洲联合环面)研究

目前国际科学界正在团结一致,在法国建设一个大规模的聚变研究设施。这座名为ITER(拉丁语“the way”)的核电站一次将产生约500兆瓦的热核聚变功率,持续约8分钟。如果把这种电力转换成电能,它可以为大约15万户家庭供电。作为一项实验,它将使我们能够测试关键的科学和工程问题,为核聚变发电厂的持续运行做准备。

ITER采用了被称为“托卡马克”的设计,最初是俄罗斯的缩写。它包括一个环形等离子体,被限制在一个非常强的磁场中,部分是由等离子体本身的电流产生的。

虽然它是作为一个研究项目设计的,并不打算成为电能的净生产者,ITER产生的聚变能量是加热等离子体所需的50兆瓦的10倍。这是一个巨大的科学进步,创造了第一个“燃烧等离子体”,其中用于加热等离子体的大部分能量来自聚变反应本身。

ITER得到了代表世界一半人口的 的支持:中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯,韩国和美国对聚变能源的需求和前景发表了强有力的国际声明。

的前进之路

从这里开始,剩下的通往聚变能源的道路有两个组成部分。首先,我们必须继续研究托卡马克。这意味着推进物理学和工程学的发展,以便我们能够一次将等离子体维持在稳定状态几个月。我们需要开发出能够长期承受相当于太阳表面热流五分之一的热量的材料。我们必须开发覆盖反应堆堆芯的材料,以吸收中子并繁殖氚。

通往聚变之路的第二个组成部分是开发增强聚变吸引力的想法。四个这样的想法是:

1)利用计算机,在物理和工程的限制下优化聚变反应堆的设计。除了人类能计算的之外,这些优化设计产生的扭曲甜甜圈形状非常稳定,可以连续几个月自动运行。他们在核聚变领域被称为“恒星制造者”,

2)开发新的高温超导磁体,这种磁体可以比现在最好的强,也可以小。这将使我们能够建造更小、可能更便宜的聚变反应堆。

3)使用液态金属而不是固体作为等离子体周围的材料。液态金属不会破裂,这为解决周围物质在接触等离子体时的行为所面临的巨大挑战提供了一个可能的解决方案。

4)构建了一个包含环形等离子体的系统,其中心没有孔,形成一个几乎像球体的等离子体。其中一些方法还可以在弱磁场下起作用。这些“紧凑的tori”和“低场”方法也提供了缩小尺寸和降低成本的可能性。

资助的研究计划正在世界各地进行这两个组成部分的研究,并将产生有益于所有聚变能方法的发现(以及我们对宇宙中等离子体的理解以及工业)。在过去的10到15年中,私人投资公司也加入了这一行列,特别是在寻求紧凑型的tori和低场突破方面。进步即将到来,它将带来丰富、清洁、安全的能源。

Stewart Prager,天体物理学教授,普林斯顿大学普林斯顿等离子体物理实验室前主任,普林斯顿等离子体物理实验室研究副主任Michael CZarnstorff,普林斯顿大学

这篇文章最初是在对话中发表的。阅读原文。“

超聚变是华为的子公司。华为成立了一家新的子公司超聚变技术有限公司,注册资金727亿,2021年7月8日核准,法定代表人郑丽英。”
华为成立超聚变技术公司
而不仅仅是华为受到的不公平待遇、取得的技术突破、推出鸿蒙 *** 作系统引起广泛关注,近期有消息称,华为成立超聚变技术公司,并且注册资本高达 727 亿元人民币,由华为100%控股。
而该公司的经营范围并不是手机等电子设备,也不是5G基站相关设备,更不是传闻中的华为汽车,而是一些家用数字产品,包括家用监控设备、计算机硬件、广播设备等。
“超聚变”由来
此外,看见这家公司的名字,很多网友表示,第一眼误以为是核聚变,以为华为将要进军核聚变技术。但其实以华为取名字的惯例,超聚变技术有限公司一定也不简单。
超聚变与核聚变确实是一字之差,二者也各不相同。众所周知,核聚变是一种物理变化,而超聚变就鲜为人知了。其实超聚变或许是指中国电信和华为联手的“超级频率聚变”通讯技术,可以实现“1+1+1>3”的效果。
这项技术是指通过频谱池化,简单说是5G信号频段的灵活处理,把原先空出的备用通道整合为一条,原先有关联的通道解绑重排,可以有效提升资源效率,更好地满足5G信号传送需要。
华为作为我国民族企业,不仅夺得5G技术专利排名榜首,还开创性地开发出首款国产 *** 作系统鸿蒙,它的一举一动都备受关注,相信从产品到旗下公司取名都如此细致的华为,定能冲破当前技术壁垒,取得胜利,也希望这家“超聚变”技术有限公司日益壮大!
这些产品并不是华为目前的明星产品,但是我们可以猜测,这或许是为配合鸿蒙“万物可联”物联网打造的公司。毕竟目前除了华为自己的手机,目前并没有国内手机厂商表示与华为合作,搭载鸿蒙系统,而虽然董明珠表示格力的产品将会接入鸿蒙生态,但这或许并不足以满足鸿蒙的市场需求。

近年来,大家经常听到中国科学院等离子体物理研究所的“东方超环”核聚变装置EAST刷新纪录的消息。例如,2021年5月28日,EAST实现了可重复的100秒、12亿度等离子体放电,引起了世界轰动。

然而,这些成果是怎么取得的呢?媒体一般不讲,因为普通人要看懂成果本身都已经不容易了,更何况科学原理。最近,我看到EAST的两代负责人李建刚院士和万元熙院士在中国工程院院刊《Engineering》的文章《东方超环托卡马克》,给出了详细的解读。

首先,EAST的基本定位是,世界上第一个全超导托卡马克。然后,它的目标并不是发生核聚变,放出能量。实际上,EAST做的只是放电,即制备和控制氢的等离子体。这个等离子体将来可以成为聚变的原料,但现在并没有发生聚变。人类现在的问题是对等离子体控制得不好,过不了多长时间能量就泄漏了。所以EAST的任务是研究如何把等离子体控制好,具体而言包括:一,演示超过1000秒的长脉冲偏滤器运行;二,实现数百秒的高约束模式运行;三,为未来聚变装置的关键科学和工程问题提供参考。

为实现这些目标,EAST开发了许多重要的技术,其中三种最关键的技术是:超导磁体系统、加热和电流驱动系统(heating and current drive, H&CD)、主动冷却偏滤器。下面分别来介绍一下。

一,超导磁体。EAST是全世界第一个在所有磁体上都使用超导材料的全超导托卡马克,包括提供纵场(toroidal field, TF)的线圈和用于等离子体控制(poloidal field, PF)的线圈。EAST超导磁体系统由16个TF线圈、6个PF线圈和6个中央螺线管(central soliloid, CS)线圈组成。EAST所有磁体都选用了铌钛合金(NbTi)作为超导材料。所有线圈均采用了导管内电缆(CICC)技术,以提供非常高的工作电流和足够的抗交流损耗能力。

在EAST运行的15年中,所有超导磁体都经历了不同的托卡马克运行模式,无一失败,证明了第一个完全使用超导磁体的托卡马克的运行质量和鲁棒性。

二,辅助加热。等离子体的有效加热和等离子体电流分布控制是聚变应用的必要条件。在过去的几十年里,以下四种主要的H&CD系统在托卡马克的研究中得到了广泛的应用:离子回旋共振加热(ICRH)、电子回旋共振加热(ECRH)、中性束流注入(NBI)和低杂波电流驱动(LHCD)。大多数H&CD系统是以短脉冲模式开发的,只能持续几秒钟。为了实现EAST的使命,需要新一代具有长脉冲(100~1000 s)的H&CD系统。

EAST研制出了总功率为34 MW的长脉冲H&CD系统,包括一套12 MW的连续波ICRH系统、一套8 MW的注入粒子能量为50~80 keV的NBI系统、一套140 GHz的4 MW ECRH系统、一套245 GHz的4 MW LHCD系统和一套6 MW LHCD 46 GHz系统。与其他托卡马克装置相比,EAST是唯一一个具有所有4种H&CD系统的长脉冲托卡马克装置,它可以提供不同加热方式和等离子体控制的灵活组合,以促进高性能稳态运行。EAST的H&CD系统在国际热核聚变实验堆(ITER)和其他大型稳态托卡马克的技术开发中发挥着关键作用,特别是EAST的实验经验可以为所有H&CD系统的测试提供一种集成的方法。

三,偏滤器。在长脉冲条件下,等离子体和壁之间发生的强烈相互作用,以及高热量和高粒子通量,给聚变反应堆带来严峻的挑战。对偏滤器靶来说尤其如此,因为偏滤器靶的最高热量和粒子通量都高于材料极限。为了实现目标,已经在EAST中使用了三代偏滤器。

第一代是完全主动冷却的掺杂石墨面向等离子体组件(PFC)和石墨偏滤器,它的连续热排出能力是2 MW m^(-2)。第二代是全钨偏滤器,其热流处理能力高达10 MW m^(-2)。

由于实验的迅速发展,EAST偏滤器靶板的热负荷将很快达到20 MW m^(-2)。为了满足未来的需求,我们选择了一种20 MW m-2超级蒸发冷却(hypervapotron)结构的平板(flat-tile)W/Cu偏滤器。该部件承受住了1000次20 MW m^(-2)的高热负荷辐照,其表面温度约为900 ,远低于ITER的结构。新的偏滤器于2021年年初在EAST安装,近半年来进行了长脉冲、高热流实验,未出现故障。进一步的实验将为未来的聚变反应堆提供可靠的经验。

介绍了这三种关键技术后,文章结尾的展望是:

拥有托卡马克核聚变研究的所有技术前提设施(如偏滤器、H&CD系统和长脉冲放电能力)的EAST,使中国磁约束聚变研究处于国际稳态先进托卡马克运行领域的前沿。在ITER开始运行之前,EAST提供了很多关于超导系统和稳态运行的经验。

在未来几年里,ITER所需的高达400秒的高约束模式放电将是EAST的目标。在10年的长期计划中,随着H&CD和先进诊断技术的进一步升级,EAST将把其先进性能运行的模式扩展到稳态运行区间,目的是研究未来聚变反应堆的条件,如在反应堆相关条件下运行数小时。

175mm乘以447mm乘以790mm。根据查询公开信息显示超聚变服务器包装箱尺寸的长为175mm,宽为447mm,高为790mm。超聚变服务器是一项移动通信技术所需要的工艺,靠着频谱等信息的支持,能够让成千上万个频谱实现聚合。

超聚变服务器远程控制有多种方式,以下介绍几种常用的方法:
1 远程桌面:在超聚变服务器上设置远程桌面功能,便可使用远程桌面客户端连接到服务器,远程控制服务器进行 *** 作。这样的方式可以让用户在远程工作站上对超聚变服务器进行与本地直接 *** 作相同的 *** 作,并且在控制时不需担心机器重启或开关机的问题,非常方便。
2 SSH连接:SSH(Secure Shell)协议是一种远程管理协议,可以通过SSH客户端对服务器进行远程登陆,进行一些需要在终端上 *** 作的任务,例如修改配置文件、运行脚本等。SSH还可以通过加密进行数据传输,保证传输安全。
3 VNC连接:VNC(Virtual Network Computing)是另一种远程桌面协议,使用户能够在远程计算机上看到和使用目标计算机的桌面。与远程桌面类似,VNC也通过客户端连接到服务器,然后在远程计算机上呈现出服务器的桌面。
4 使用第三方软件:有许多第三方软件可以实现对超聚变服务器的远程控制,例如TeamViewer、AnyDesk、LogMeIn等,这些软件可以实现跨平台的连接,支持Windows、macOS、Linux、移动设备等平台之间的远程连接。这种方式通常使用起来非常简单,只需要用客户端连接到服务器即可进行远程控制。


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