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  • “人造太阳”背后的技术挑战——欧盟发布聚变示范电站设计开发路线图

    2013年01月23日 来源: 中国科技网 作者: 郑焕斌 http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130122/021358868035328_change_chd31233_b.jpg 今日视点 据《科学》杂志网站近日报道,欧盟负责聚变研发工作的机构——欧洲聚变发展协会(EFDA)发布了欧盟聚变示范电站(DEMO)设计与开发路线图,计划于2050年建成一座未来可供工业界使用的原型聚变电站。该路线图列出了一份令人生畏的技术清单,其中包括全球聚变科学家和工程师未来数十年需要努力应对的若干技术挑战。 ITER将是聚变发电的主要突破 2006年,由中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国等7个成员国参加的“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”正式启动。聚变反应堆利用的是氢同位素(氘和氚)的核聚变反应所释放的能量,这也是太阳和其他恒星的能量来源。利用可控聚变能是解决全球能源和环境问题的一个重要途径,而实现聚变反应堆商业化运行需要三个阶段:即建造ITER装置并据此进行科学和工程研究;设计、建造与运行聚变示范电站;建造商业化聚变反应堆。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克,俗称“人造太阳”。其中心是高温氘氚等离子体环,等离子体环在屏蔽包层的环型包套中,屏蔽包层将吸收核聚变反应产生的所有中子。根据该计划目前的进展,建造于法国的聚变反应堆将于6年后投入运行,它被认为是人类发展聚变能的主要突破。 在聚变反应堆中,需要利用强磁体、无线电波和粒子束等将聚变燃料等离子体压缩并加热到至少1.5亿摄氏度,使等离子体发生聚变反应。这需要消耗巨大能量,但迄今为止尚没有一座反应堆能够产生净能量增益(即产出能量大于输入能量)。科学家期望ITER能够突破上述障碍,输入50兆瓦(1兆相当于100万)的能量可以产生500兆瓦的聚变功率,其持续时间可保持数分钟。但这仅是一种科学验证,ITER本身将不能被用来发电,发电重任将交给其后继者——聚变示范电站。 然而,目前研究人员才刚开始考虑聚变示范电站的设计工作。从目前的各种迹象来看,聚变示范电站的设计和建造工作将不会被纳入全球性的合作计划。最近韩国宣布它正在从事聚变示范电站(K-DEMO)的初步设计工作;中国也已开始设计“中国聚变工程测试反应堆”,这是介于ITER和聚变示范电站之间的中间步骤。欧洲聚变发展协会制定的路线图虽并未排除国际合作,但将所有研究工作限定在欧盟2014年到2020年聚变预算范围之内。 欧盟聚变示范电站研发路线图 该路线图认为,人类在利用聚变发电方面取得进展的关键在于ITER,因此需要倾力确保其成功,其中包括研究现有小型反应堆的各种运营方案。路线图指出,最大的技术挑战是如何从未来的聚变反应堆中排除核反应后的废气。 ITER和其他类似的现代反应堆底部都有一个偏滤器,其作用之一就是从等离子体容器中卸去乏燃料。当等离子体接触到偏滤器固态表面时,它将吸收大量热量。ITER偏滤器是由不锈钢制成,外表用钨层覆盖。在研究用反应堆中,由于其正常运行时的能量较低,且每次运行时间最多为数分钟,这种偏滤器可以正常工作。但聚变示范电站在正常运行时将会持续产生吉瓦级(1吉瓦等于1000兆瓦)的能量,常规的偏滤器无法承受如此高的热载。因此,路线图指出,研究人员必须开发其他备用设计方案。替代方案可能会设法扩大等离子体与偏滤器的接触面积以减少热载,或允许等离子体在接触偏滤器前辐射出更多热量。欧洲聚变发展协会指出,未来需要利用现有合适的托克马克装置或专门新建的测试设施对替代方案进行测试。 另一个技术挑战是,利用何种材料制造 反应堆内等离子体容器的结构、表面覆层和面向等离子体部件。聚变堆中等离子体发射的高能中子、电磁辐射对上述材料具有强烈作用,因而需要开发出能够在数十年内承受中子不间断轰击的材料,但现有中子源的强度都不能满足这种测试的需求。科学家正在研发一种以基于加速器的中子源(ITER计划的一部分),但欧洲聚变发展协会认为不久就需要研发其他中子源。 欧洲聚变发展协会还需要对“产氚包层(也称实验包层)”进行深入研究。产氚包层是等离子体容器壁的一部分,反应堆产生的中子在此将锂转变为核燃料氚。需要开发替代方案的包层设计,以应对拟在ITER进行测试的包层设计可能出现的失败。该路线图要求工业界更多地参与聚变示范电站的各项设计和建造工作,因为一旦这些工作完成之后,工业界就必须承担发展聚变能的重任。此外,还需要加强等离子体理论和建模等各项工作。 作为最主要的备用计划,路线图倡导继续坚持仿星器的设计和开发工作。仿星器是一种替代性聚变反应堆,其最大优点是能够连续稳定地运行。上世纪60年代当托克马克受到人们青睐时,对其重视程度有所降低。德国的温特尔斯坦仿星器7-X(即W7-X)将于2014年建成,科学家在W7-X反应堆安装了一种叫“仿星器”的设备,旨在模仿恒星内部持续不断的核聚变反应。(记者 郑焕斌 综合外电) 《科技日报》(2013-1-23 二版)

  • 受控自持续核聚变或现新曙光——美科学家推导出核聚变“热密度界限”方程

    科技日报 2012年05月03日 星期四 本报驻美国记者 毛黎http://bbs.myboyan.com/attachment/Fid_78/78_235857_3fb134cbe8e3d91.jpg托卡马克核聚变环装置 长期以来,有一神奇的现象导致研究人员无法实现可控自持续核聚变反应。然而,最近美国物理学家表示,他们可能找到了解决该谜团的途径。研究人员认为,如果新提出的解决方式被实验验证是正确的话,那么将帮助人们消除核聚变发展的一个主要障碍,使核聚变成为清洁且丰富的电力来源。 核聚变遭难题 美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的科学家在一项深入分析中,将目标锁定于核聚变实验中高温带电气体——等离子体内那些微小的、如同气泡的、被称为岛屿的区域。这些岛屿含有能让等离子体降温的杂质。科学家认为,正是这些岛屿构成了人们熟悉的“热密度界限”问题的基础,它阻碍了核聚变反应堆最高效运行。 当等离子体的温度和密度足够高时,包含在其中的原子核结合并释放出能量,形成了人们所说的核聚变。然而,在托卡马克环实验反应堆中的等离子体达到神秘的“热密度界限”时,等离子体能旋转形成闪光,温度下降。 科学家认为,等离子体中出现众多岛屿带来了双重破坏。除了导致等离子体温度下降外,这些岛屿还如同防护罩那样阻止更多的能量来加热岛屿内的等离子体。当从岛屿中溢出的能量超过人们能够通过欧姆加热过程为等离子体添加的能量时,平衡被打破。当岛屿生长到足够大时,用于帮助加热和束缚等离子体加热的电流出现崩溃,等离子体四散开来。 大卫·盖茨是美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的物理学家,他和实验室博士后研究员、来自麻省理工学院等离子体科学核聚变中心的访问学者路易斯·德尔嘎多-阿帕瑞奇欧共同提出了解决核聚变“热密度界限”问题的方案。盖茨表示,令人不解的是为何给等离子体增加更多的热能却仍然无法让其达到更高的热密度,这点十分关键,因为热密度是实现核聚变的重要参数。 归纳出新知 盖茨称他们偶然发现的理论为“10分钟‘啊哈’时刻”。通过将注意力放在等离子体中的岛屿和带走能量的杂质,他们在办公室白板上推算出了对应的方程式。杂质源于等离子体冲击托卡马克环壁时产生的粒子。德尔嘎多-阿帕瑞奇欧表示,当等离子体的密度达到神秘的“热密度界限”时,等离子体中便出现了众多含有杂质的岛屿并发生瓦解。 麻省理工学院物理学家马丁·格林沃德推导出描述“热密度界限”的方程,因而“热密度界限”也称“格林沃德界限”。对出现“热密度界限”的原因,格林沃德有着自己的解释,他认为,当湍流出现能引起等离子体边缘冷却并将过多离子挤压进等离子体核心狭小空间的起伏时,就会出现“热密度界限”,导致电流不稳定和崩溃。他表示,有相当多的证据能够验证他的观点,但同时他承认其观点也有不足之处,并欢迎新的思想。盖茨和德尔嘎多-阿帕瑞奇欧提出的理论代表着试图解决“热密度界限”的新途径。 盖茨和德尔嘎多-阿帕瑞奇欧将过去数十年中人们掌握的线索整合起来建立了他们的研究模型。盖茨本人是1993年在位于英国阿宾顿的卡尔汉姆核聚变能源中心做博士后研究时首次听说“热密度界限”的。早期,“热密度界限”曾以卡尔汉姆核聚变能源中心科学家简·胡吉尔命名,胡吉尔向盖茨详细地介绍了“热密度界限”。 对于等离子体岛屿问题,科学家曾单独地发表了论文。上世纪80年代中期,法国物理学家保罗-亨利·芮布特在一次会议上介绍了辐射形成的岛屿,但是没有刊登在杂志上。大约10年后,德国物理学家沃尔夫冈·苏特偌普推测岛屿与“热密度界限”相关。盖茨表示,苏特偌普虽然没有将等离子体岛屿直接与“热密度界限”联系起来,但是他的研究文章事实上启发了自己的研究。1996年,盖茨与苏特偌普同在德国马普等离子体物理研究所从事过托卡马克实验,转年才进入普林斯顿等离子体物理实验室工作。 2011年初,关于等离子体岛屿问题几乎从盖茨脑海中消失。然而,与德尔嘎多-阿帕瑞奇欧进行的一次涉及Alcator C-Mod托卡马克中等离子体发生岛屿的交谈,重新点燃了他对该问题的兴趣。德尔嘎多-阿帕瑞奇欧提到普林斯顿等离子体物理实验室的科学家在上世纪80年代首次观察到等离子体中出现螺丝锥形状气团的现象,德国物理学家亚瑟·韦勒为报告此现象的第一人。 在交谈后,盖茨让德尔嘎多-阿帕瑞奇欧查阅芮布特和苏特偌普的文章。8个月后,德尔嘎多-阿帕瑞奇欧给盖茨发送了一份电子邮件,阐述了螺丝锥形状气团的行为。最让盖茨感到激动的是暗示着“热密度界限”的岛屿生长方程,它是对英国物理学家保罗·卢瑟福基于上世纪80年代相关研究推导出的方程式进行修改而来。盖茨认为,如果苏特偌普对岛屿的认识是准确的,那么这个方程应该描述的是“热密度界限”。 盖茨和德尔嘎多-阿帕瑞奇欧在办公室中进行演算时发现,他们并不需要整个方程式,仅仅将重点集中在等离子体电子密度和岛屿热辐射,便推导出描述热损耗超过电子密度的方程式。这转而帮助他们寻找到了有望是隐藏在“热密度界限”背后的机理。 在谈及科学家过去为何没能获得类似的热密度界限理论时,盖茨认为,答案在于相关的研究思想渗透或传播至科学界的过程。热辐射形成岛屿的观点从没有公开得到大量的报道,人们仅仅视其为有趣的观点。人们通常通过出版物传播信息,然而“热密度界限”的理念最初没有传播开来。 盖茨和德尔嘎多-阿帕瑞奇欧希望能够在麻省理工学院名为Alcator C-Mod的托卡马克核聚变环装置以及圣地亚哥通用原子公司的DⅢ-D托卡马克环上,通过实验验证他们的理论。其中的目标之一是他们打算了解能否通过直接向等离子体的岛屿注入能量让其具有更高的密度。如果能够提高密度,那么未来的托卡马克环就能达到极高的热密度,实现核聚变所需的1亿摄氏度的温度。 征服“热密度界限”难题将为未来托卡马克环装置实现自持续核聚变反应发电提供改进的途径,这其中包括取代国际热核实验反应堆(ITER)的核聚变装置。国际热核实验反应堆由欧共体、美国及其他5个国家共同支持建造,其造价达200亿美元。 (本报华盛顿5月1日电)

  • 浅谈核聚变发电

    一、核聚变的原理  核聚变,又称核融合,是指由质量小的原子,比方说氘和氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子弹互相聚合作用,生成中子和氦,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量。由较轻的原子核变化为较重的原子核,称为核聚变,就像我们每天见到的发光发热的太阳。二、核聚变发电的优势  我们目前所使用的常规能源都存在着种种缺陷,如环境的污染、资源不可再生而面临的枯竭,而风能和太阳能所能提供的电力也是有限的,利用核裂变原理而建成的核电站所产生的核废料都要严格监测,不然就会贻害千年。  核聚变发电的优势则相当明显了,就海洋中的氘资源几乎是取之不尽用之不竭,核聚变最理想的氦3虽然在地球上找不到,但在月球上却是应有尽有,所以不用担心面临能源枯竭的问题。  相比核裂变,核聚变所释放出来的能量就要强得多,而且不会产生放射性的核废料,所产生的核辐射也要小得多,因此,核聚变是一种清洁高效的能源。可以这样认为:核聚变电站可以一劳永逸地解决全球变暖问题。  核能是一种令人生畏的能量,原子核虽然小,但微小的质量亏损在乘以光速的平方后将会获得巨大的能量(质能方程E=mc2),只要我们能够控制住它,将这股能量缓缓放出,将会获得比核裂变更加巨大的能量。三、核聚变发电的难点  核聚变有着我们现有能源没有的优点,但是直到目前为止,人类还没有完全掌握到控制它的技术,要想获得核聚变装置必须突破非常多的瓶颈。  核聚变的反应需要近亿摄氏度的高温才能进行,原子弹爆炸可以达到这个温度,所以第一颗氢弹爆炸的时候是首先利用原子弹爆炸的高温来触发核聚变的起燃器。不过到目前,激光技术的发展使得核聚变“点火”的问题得到了解决的可能,除此以外,超高额的微波加热也可以达到这个温度。  其次,核聚变进行的高温下具有很高的内能,也就意味着将会出现各种各样的能量丧失机制。聚变的方式也存在着各种各样的不稳定性。这些基本科学问题没有解决,核聚变发电就实现不了。  而且,装置材料问题是核聚变发电必须要解决的问题,聚变产生的中子撞击、核聚变原料的沉积也会对装置材料产生破坏,如果解决不了,即使建成了核聚变反应堆也不知道能够运行多久。  还有就是它的辐射问题,即使相对核裂变的辐射要小,也还是存在着,这也给核聚变制造了一个大障碍。四、未来核聚变发电的走向  当我们的常规能源枯竭,风能、太阳能不能满足我们的需要,核聚变发电就是我们的明日之星。如今不少国家都在研究受控热核反应的理论和技术,美国、俄罗斯、日本和西欧国家都取得了进展。中国也在积极发展核聚变技术,并且称为世界上第一个建成并正真运行的全超导非圆截面的核聚变试验装置,已经处于世界领先水平。  也许在未来的二十年内,我们可以看到核聚变发电的曙光。在更远一点的时间,我们会获得可以真正有价值的核聚变电站。

  • 科学家克服核聚变障碍 “人造太阳”或将升起

    http://photocdn.sohu.com/20120430/Img342035187.jpg这是利用磁场对等离子进行约束的“托克马克”(Tokamak)装置http://photocdn.sohu.com/20120430/Img342035188.jpg世界上最大的核聚变实验装置(ITER)与人大小比较http://photocdn.sohu.com/20120430/Img342035189.jpg正在法国卡达拉什建设一个世界上最大的核聚变实验装置(ITER)的工地。该装置预计耗资达200亿美元。  【搜狐科学消息】据国外媒体报道,“核聚变”是驱动宇宙运行的能源,在每一颗燃烧的恒星的核心都发生着剧烈的核聚变反应。如果想要在地球上人工创造一颗“人造小太阳”,那么将是非常困难的。因为使相互排斥的带同种电荷的原子核靠近并发生融合需要很大的能量。更麻烦的是,如果进一步给核聚变等离子体增加能量,那么就会导致整个核反应过程崩溃而停止。现在,来自能源部“普林斯顿等离子体物理实验室”(Princeton Plasma Physics Laboratory)的研究人员或已经为该问题找到了一个合理的解释和解决方案。  人工可控核聚变有多种方式,但最常用的方式是利用磁场进行约束的“托克马克”(Tokamak)装置,这种装置是把炽热的等离子体用磁场约束在反应器内部。不幸的是,有一种叫做“密度极限”(Density limit)的内在机制制约着等离子体密度的进一步升高,如果等离子体在临近达到这个极限的时候,再继续为其输入能量,那么就会导致等离子体的崩溃。现在,等离子物理实验室的科学家们相信他们已经发现了是什么原因导致等离子体的这种行为。他们的研究论文已经发表在了著名的《物理评论快报》(Physics Review Letters)上。  在等离子体内部可形成一种“岛”(islands)状结构,由于其中含有杂质,导致在聚变反应中它能带走等离子体的一些热量。虽然科学家在很多年前就已经知道了这些岛状结构的存在,但是一直没有人深入的分析它是如何对等离子体的稳定性产生影响,从而导致产生存在密度极限的。普林斯顿等离子体物理实验室的科学家在还没有完全能够对这些岛状结构进行完整数学描述之前,就已经发现了导致出现密度极限的数学方程。  基于这个认识,科学家正准备在麻省理工学院(MIT)的Alcator C-Mod托克马克装置和通用原子公司的DIII-D托克马克装置上进行检验他们的理论。如果该理论最终通过了实验验证,那么就会指导科学家们进一步提高等离子体密度极限,实现自持的可控核聚变反应,并最终实现核聚变发电。现在欧盟、美国以及其他的5个国家正在法国卡达拉什建设一个世界上最大的核聚变实验装置——ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)。该装置预计耗资达200亿美元。(编译:双螺旋)

  • 激光核聚变接近临界点 世界能源结构将改写

    2012年08月28日 来源: 环球科学杂志http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20120828/000ffed6147811a64f5b38.jpg美国国家点火装置的工程师正在检查核聚变反应炉。  国家点火装置(NIF)接近能量临界点,一旦成功,世界能源结构将被改写。但目前,NIF仍然面临一系列不确定性。  撰文 埃里克•汉德(Eric Hand)  翻译 刘荣  或许在今年,美国国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)将变得名副其实。这个耗资35亿美元的装置坐落在美国加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室内,能产生世界上最大的激光束,用来爆聚(implode,从内部引爆)一个氢同位素标靶,触发核聚变,产生的能量将比输入的多得多。NIF的管理人员认为,为了达至临界点或者说“点燃反应堆”, 他们进行了两年的工作,现在可以说是胜利在望。项目主管艾德•摩西(Ed Moses)表示:“我们完全有能力在2012财政年度内取得成功。”  然而,这种方式仍然属于惯性约束核聚变(inertial confinement fusion),就算整个项目取得成功,也面临着不确定的未来。实验成功是否就意味着,美国能源部会把它开发成一种经济可行的能源呢?如果是的话,那么NIF激光触发核聚变的方法是否是最佳方案呢?3月7日,美国国家科学院专家小组提交的一份中期报告总结道,现在下结论还言之过早。报告还建议核聚变科学家继续寻找引燃核燃料的替代性技术。  美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的等离子物理学家格伦•乌尔登(Glen Wurden)同意报告的观点,并认为研究惯性约束核聚变的科学家不应该把宝全压在激光触发法上。他认为:“可控核聚变技术完全不成熟。”他指出,另一种核聚变方式——磁约束核聚变(magnetic confinement fusion)以及这种方式的标志性项目、耗资210亿美元的国际热核聚变实验堆(ITER)也遇到了很多困难,以至于研究停滞不前。ITER进展迟缓,研究费用不断膨胀,都归咎于一项不成熟的技术,即托卡马克装置(tokamak,受控热核反应装置),这是一个面包圈状的笼子,里面的强力电磁铁禁闭着一个核聚变等离子体。  尽管科学家最初信心百倍,计算机模型模拟也非常有利,NIF项目同样没能按预期进度前行。乌尔登表示:“科学家以为‘点燃’反应堆犹如探囊取物。”然而,NIF对氢同位素进行加温加压的过程麻烦不断。在一个叫做间接传动(indirect drive)的过程中,多束激光束会从橡皮擦大小的“辐射空腔”(hohlraum,一个金质圆筒)的两个开口射入,使其内部产生X射线。之后,由X射线来加热并挤压辐射空腔内的核燃料(氢同位素标靶),触发核聚变。然而,在辐射空腔内部,激光与等离子体之间发生了意料之外的涡流交互作用,吸收了来自激光束的能量。这会抵消很多能量,使NIF的激光能量输出达不到点燃反应堆所必须的极限阈值。  不管怎样,NIF的研究团队已经进入了稳定的实验阶段。18个月前,当科学家开始向点火目标推进时,该设施仅完成了预想中点火必要条件的1%。现在,完成度已经到达10%,而且进程正在加快:仅今年1月就有创纪录的57次轰击。研究团队同时也在探索一系列调整方案,包括用铍或金刚石替代塑料来包裹核燃料,以及改变辐射空腔的材质或形状。摩西表示,他们还可能把NIF的极限能量从1.8兆焦(只有达到这个能量级别,才能做到“收支平衡”)提升到2.2兆焦。  但如同美国国家科学院的报告所指出的,其他方法可能会提供一个更简单的途径来点燃反应堆,最终成为一个有实用价值的电厂。那么谁在为这些研发付钱呢?美国及世界范围内大多数惯性约束反应堆的研究,都是由涉及国家安全和武器研发的联合企业所资助的,它们研究核聚变是为了武器开发,而不是用于民用电厂。现在,激光惯性约束核聚变研究受美国能源部下属的国家核安全局(NNSA)监管,NNSA的主要职责是负责管理核储备。  而在能源部的科学办公室,几乎没有资金划拨给惯性约束核聚变的研究。大多数资金都用在支持磁约束核聚变上,而且越来越多的资金给了ITER项目。马里兰州盖瑟斯堡的美国聚变能协会(Fusion Power Associates)是一个核能倡导团体,负责人斯蒂芬•迪恩(Stephen Dean)认为,就算专家小组的最终报告认为,惯性约束核聚变能源项目可行,这项研究还是很难在科学办公室找到一席之地。迪恩表示:“我想,能源部会直接无视它,明显他们只对ITER情有独钟,而且正疯狂地想要拯救这个项目。”  如果NIF的科学家能在2013拿到他们所需的4.6亿美元经费,他们就能探索其他方案。比如,美国罗切斯特大学的等离子物理学家团队打算调整NIF的激光,这样他们就能不使用辐射空腔,而直接爆聚一个氢同位素标靶。  但NIF的科学家并没有坐等替代方法的出现。早在点火装置之前,他们就积极准备着下一个项目,一个叫做激光惯性聚变能(Laser Inertial Fusion Energy,LIFE)的示范电站。民用电厂要经济实用,生产的能量必须比每次轰击标靶所输入的能量多50倍以上,而且必须提高重复使用效率,从一天数次轰击变为每秒15次,但这绝非易事。  事实上,这个多孔状的NIF设施就是LIFE的反应室的放大模型,而LIFE的反应室是模块化的,这种模块小到足以装进卡车。NIF的设计使用的是上千只巨大的频闪灯管来为玻璃激光器充能,LIFE则将使用小巧的、晶体管充能发光体。摩西反驳了激光作为未来的核聚变电厂的驱动力还言之尚早的说法。他认为,通过对用于民用电子产品上的激光和晶体管的投资,市场和公众已经做出了选择。如果回顾一下过去,那么“人们会发现,晶体管和激光是具有划时代意义的发明”。  LIFE的项目主管麦克•杜恩(Mike Dunne)认为,他们的电厂单个造价大概40亿美元,可在本世纪20年代初为电网提供数亿瓦特的电能,要比科学家预计的、第一座磁约束核聚变电厂的出现时间至少早10年。回忆起几年前在一个学术会议上,向磁约束核聚变的研究者介绍LIFE项目的理念时,摩斯说道:“他们反应相当激烈地说,‘这不可能’。他们当时就被这个项目的雄心壮志所震撼,如今他们仍会感到震撼。”  本文由《科学美国人》中文版《环球科学》授权转载

  • 【转帖】日本4号核反应堆污水被低估!

    日本原子能机构 连夜宣布重大数据差错  据日本共同社今晨报道,日本原子能安全与保安院18日夜举行记者会,宣布有一个重大数据出现了差错。保安院说,18日下午发表的福岛第一核电站第4反应堆地下出现高浓度污染积水,其深度不是原先发布的20厘米,而是5米。  日本保安院没有说明为什么会有如此重大的数据差错,但是保安院承认问题很严重,因为其污染水的总量可能超过第  迄今为止,福岛第一核电站的高浓度污染水的总量计算为6万吨,主要集中在第2核反应堆中。  此前,为了处理这些高污染水,东京电力公司征得日本政府的同意,将沉积在综合废水处理设施内的1万余吨低污染水排放到大海,以便腾空容器,来转移第2反应堆内的高浓度污染水。  此事引起了周边国家的强烈抗议。如今,第4反应堆又发现大量的高浓度积水,势必给污染水的处理带来很大的困难。  此外,日本原子能安全保安院推测称,核电站反应堆内的核燃料芯块已熔化,受损严重。  日本地震以来,日本政府一直被指救灾不力,据最新民调显示,近七成日本人表示菅直人应该被撤换。图为菅直人18日在参院预算委员会答辩时表示,将努力使核事故疏散居民9个月后回家

  • 这种小型核反应堆,将来能被普及吗?

    美国18岁小伙泰勒·威尔逊2月28号在加利福尼亚州举办的科技、娱乐、设计(TED)大会上展示了他的最新成果,并表示这项发明将有能力改变世界。  他设计的小型核反应堆功率为50兆瓦至100兆瓦,足够10万户家庭使用。据威尔逊介绍,这种反应堆可在流水线上生产,该装置能够利用核废料为家庭和工厂提供能源。以核武器中熔融的放射性物质为动力。这个反应堆可以运输的小型模块反应堆,密封入足够燃料后,能够持续作用30年,而且能在世界各地使用。出于安全考虑,人们将它埋在地下使用。  另外,这种核反应堆相对更安全,威尔逊说:“如果发生事故,你可以借助中子吸收剂把里面的原子核吸入反应堆下的容器中,反应停止。”他说,核裂产物不会脱离反应堆。“可能发生反应堆烤干的事故,这对能源企业而言比较遗憾,但没什么问题。”它用气体而非蒸汽驱动涡轮旋转,意味着反应堆系统的温度低于传统核反应堆,一旦出现缺口,不会喷出任何东西。此外,反应堆的燃料是熔盐,不需要增压。 他计划2年内造出原型,5年内把产品推向市场,“这不仅是为了对抗气候变化,还能给发展中世界带来能源”。

  • 【转帖】福岛核电站4号反应堆突然起火

    日本政府核安全局发言人15日表示,福岛1号核电站2号反应堆的外壳很可能已经受损,堆内的放射性物质可能正在泄漏。当天清晨,2号反应堆所在机房发生爆炸。此前,救援人员一直在强行用海水为不断升温的2号反应堆“退烧”。此后不久,福岛核电站4号反应堆突然起火,并造成更多放射物泄漏。日本首相菅直人随即要求距离该核电站30公里内的居民“呆在室内”。此前,日本政府曾要求距核电站20公里的居民连夜疏散。这表明,持续了四天的福岛核电站危机正迅速恶化。  现在,人们最担心的是,福岛核电站所在区域风向变化。一旦噩梦成真,原本被吹向太平洋上的放射性颗粒将进入日本内地甚至跨越日本海污染远东地区其他国家。  不过,日本政府反复强调,2号反应堆内的核燃料目前“依旧完整”。15日发生的爆炸,只对反应堆的压缩舱造成了损害。这个所谓“压缩舱”指的是反应堆底部环绕核燃料的水槽。正常情况下,核反应堆就是靠里面的循环冷却水来帮助核燃料有效降温的。  由于压缩舱是反应堆外壳的一部分,因此福岛核电站2号反应堆可能正在发生核泄漏事故。这种现象也解释了为何这座反应堆中冷却水液面下降速度如此之快,以至于曾两次造成核燃料完全暴露在水面以上。在向反应堆内部灌水的同时,抢险人员还不断用水浇反应堆来降温。  15日的爆炸发生后,福岛核电站大门口的辐射强度正在增加:在短短3小时内就从73微希增加到了1.19万微希。不过,这相当于人体接受一次X光检查的强度。只有超过10万微希才会对人体造成伤害。此前,日本政府承认,福岛1号核电站下属的三座核反应堆内可能正在发生“核燃料部分融化”现象。其中,2号反应堆的险情尤为严重。其他两座反应堆的现在“相对稳定下来”,但仍需要通过向外主动排放含有放射性物质的蒸汽的办法来减轻其内部压力。  福岛1号核电站内反应堆冷却系统依然因被海啸带来的洪水浸泡着而无法运转,救援人员只能通过用消防车灌入海水的方式来为发生“过热故障”的3个核反应堆降温。这种极为原始的抢险方法说明,日本已无法通过正常手段来确保出现问题的反应堆恢复正常。  日本核电站冷却系统正常工作流程是:水泵把完成冷却任务的热水从反应堆中吸出来送入热交换器,然后把冷水灌入反应堆带走热量。现在,因为停电,上述流程无法进行,只能通过灌入海水给反应堆降温,结果在海水沸腾后产生大量蒸汽并造成反应堆压力过高。  自从日本核电站在“311”特大地震和海啸后出现严重险情以来,世界各国都在密切关注局势进展。不少欧洲国家表示,将认真检查现有核电站安全水平并考虑停建新核电站。与此同时,其他国家,包括美国和曾遭受8.8级大地震袭击的智利,都强调将继续推进核电建设。

  • 【分享】如何冷却核反应堆

    【分享】如何冷却核反应堆

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103141242_282595_2185349_3.jpg发生在日本的8.9级地震(后修正为9.0级)引发了其国内众多核反应堆中至少一座的冷却问题。东京电力公司确认旗下福岛第一核电站的一号反应堆压力已经持续升高(福岛第一核电站位于日本东北海岸,是全世界最大的核电站之一),这表明冷却水无法接触到反应堆核心,导致安全壳内部充满蒸汽。根据日本媒体的报导,问题在于将冷却水泵入反应堆的电路断电。日本原子力产业协会(Japan Atomic Industrial Forum)称,提供紧急电力的备用柴油发电机发生故障,但替换的发电机已经被送入发电厂。类似的柴油发电机正在为六个所再处理工厂(Rokkasho Reprocessing Plant)供电,用以循环利用核燃料。作为预防措施,日本政府已经宣布进入核紧急状况,将福岛核电站附近居民的疏散半径扩大到20公里。此前,政府曾下令疏散福岛两座核电站半径3公里范围内的民众,后又将半径扩展至10公里。而东京电力公司计划自保护壳建筑内部排除部分放射性蒸汽。但随后1号机组的厂房在12日下午发生氢气爆炸。《科学美国人》与负责监控全美104座核反应堆安全情况的政府部门美国核管理委员会(NRC)的公共事务官员斯科特.布尼尔(Scott Burnell)就有关如何冷却一座反应堆的问题进行了对谈。

  • 【转帖】国产散射系统问世 聚变实验堆有了新型"体温计"

    记者9日从中科院合肥物质研究院等离子体所了解到,国际公认的最为准确的电子温度和密度诊断系统——汤姆逊散射诊断系统在我国新一代“人造太阳”实验装置EAST成功建成并调试运行。  中科院合肥物质研究院等离子体所汤姆逊散射研究小组专家介绍,目前这套25道汤姆逊散射诊断系统,为国内最先进水平,已基本可以提供等离子体电子温度和密度分布结果。  汤姆逊散射诊断系统可以在热核聚变实验中给出等离子体电子温度和密度的空间分布,是国际公认的最为准确的测量电子温度的方法,也是技术难度最高的几个热核聚变装置诊断之一。由于其重要性,几乎所有热核聚变装置都大力发展汤姆逊散射诊断系统。  EAST芯部25道汤姆逊散射诊断系统将为EAST物理研究、运行及其他诊断的标定提供可靠的手段。从事核能聚变实验研究长达35年,专门从事物理实验工作与诊断技术发展的美国通用原子公司等离子体物理实验学家谢中立教授说,这些进展来之不易。  等离子体所专家介绍,EAST芯部25道汤姆逊诊断系统的研制是等离子体所几代科技人员经过十多年的努力取得的阶段性成果。目前该系统离世界最先进水平尚有距离,项目组成员还将继续努力进一步对该系统进行改进和完善。  中国是国际热核聚变实验反应堆(ITER)的参与国之一。2006年9月,中国科学家耗时8年、耗资2亿元人民币的EAST建成并投入运行。在第一轮实验中,科学家们获得了电流超过500千安、时间近5秒的圆形截面高温等离子体。EAST成为世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的核聚变实验装置。它的建成使中国迈入磁约束核聚变领域先进国家行列。

  • 【讨论】关于核能、核弹和核电站

    核能全世界首个大型核电站在 1956 年建于英格兰坎布里亚郡的考尔德大楼,持续提供了 47 年的电力。核能是通过铀这种大量开采的矿石金属生成的。加拿大、澳大利亚和哈萨克斯坦占据了全球超过半数的供应量。核反应堆的工作原理和其他的发电站很相似,不过它们并不是使用煤炭或煤气来生成热量,而是利用核裂变反应。大部分情况下,核反应产生的热量会将水转变为蒸汽,继而驱动涡轮机发电。铀有许多不同的种类,或称同位素,而在核电站中所使用的是铀 235 这一类,因为这些的原子最容易一分为二。由于铀 235 很稀有,只占天然铀中的不足 1%,所以必须提高浓度,让燃料中有 2~3% 的含量。在核反应堆中,铀棒排列成束,浸入一个巨大的耐压水箱中。当反映开始后时,被称为中子的高速粒子会撞击铀原子,导致它们一分为二,这一过程称为核裂变。这一过程释放出大量能量和更多的中子,于是继续将别的铀原子一分为二,引发连锁反应。这股能量将水加热,然后通过管子输送到蒸汽发生器中。为了确保发电站不会过热,人们将使用吸收中子的材料制作的控制棒放入反应堆下面。整个反应都包裹在一层厚厚的混凝土防护层里面,避免辐射泄漏到外界环境中。在英国,核电站提供了 19% 的电力,占总能源使用的 3.5%。所有的反应堆除了一个以外其他的都计划在 2023 年之前关闭。一些组织反对核电站,因为它们会产生放射性废料,而如果发生事故可能会释放出放射性物质。但核电站并不会释放温室气体,而以煤炭和煤气为燃料的发电站会释放这种气体,造成全球变暖。如果没有核电站,英国的碳排量将会比现在高出 5% 至 12%。在 1957 年,全世界首次核电站事故在坎布里亚郡西部的温士盖(Windscale)发生了。反应堆中发生火灾,导致放射线被释放出来,以至于周围农场的牛奶被禁止销售。该地区后来更名为塞拉菲尔德(Sellafield)。现代反应堆有自动关闭的设计。历史上最严重的核电站事故发生在 1986 年的切尔诺贝利,一个反应堆发生了爆炸,当场炸死几十人,更有上万人受到辐射影响。在一月,政府重申了其在英国扩张核电站的计划,以帮助它达到减少二氧化碳排放量的苛刻目标。核武器核武器有两种主要类型:原子弹,其能量来源于与核反应堆类似的核聚变反应,以及氢弹,其爆炸能量来源于核聚变反应。第一颗原子弹是在二战末期的曼哈顿计划下于美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室生产的。原子弹利用常规爆炸让铀 235 和钚 239 这两块分裂性原料相互撞击。这会造成核原料所谓的临界质量,当其中的原子在无法控制的连锁反应中分裂时,能在瞬间释放出能量。原子弹能放出极强的冲击波和高放射性的中子和伽马辐射。在原子弹中,铀的浓度要比在燃料中更高,大约含有 85% 的铀 235。在 1945 年 8 月 6 日,一颗名为小男孩的原子弹被投放到日本的广岛,三天后,另一颗叫胖子的在长崎爆炸了。氢弹,或称热核炸弹,的工作原理几乎与原子弹完全相反。其大部分爆炸能量都来源于将氢原子聚合起来,形成质量更大的氦原子的过程,其释放的能量要比核裂变的原子弹大得多。它使用两种类型,或称同位素,的氢——氘和氚。氘原子和氢原子一模一样,除了其化学式的原子核中多了一个中子。氚原子多了两个中子。氢弹内置了一颗原子弹,用于触发聚变反应。氢弹从未在战争中使用过,它要比原子弹的威力强上千倍。首次氢弹试验发生在 Enewatak,那是太平洋上的一处环礁。它释放出了直径三英里的火球和高达近 60000 英尺的蘑菇云,在爆炸中摧毁了一座岛屿。核废料核工业所面临的最大问题之一就是如何处理所产生的放射性废料。其中部分依然保持着放射性,其威胁性会持续上万年。高放射性废料是最危险的,因为它能熔穿容器,而且放射性强到在它旁边的人只需几天就有致命危险。这种废料只占英国核废料总量的 0.3%,其中大部分都是来自于用尽了的燃料棒的。放射性废料中占比例最大的部分是核燃料部件、反应堆部件和铀。如今,高放射性废料的处理方式是将它在水中冷却数年,然后将其混入熔融态的玻璃中,接着倒入铁质容器。这些容器接着就被保存在混凝土内衬的建筑物中。但这只是种临时方案。科学家知道他们最终将需要找出一种在上千年中安全储存核废料的方法。一些国家,例如美国和芬兰,计划将核废料储存在地底深处的掩体中。为了保证安全,科学家们必须确保这些物质决不可能泄漏出来,以至于污染水源或者升至地表。英国已经产生了超过 100000 吨需要储存起来的高放射性的废料。大量高放射性废料已经被储存在坎布里亚郡 Drigg 的混凝土地下室中了。其他处理核废料的计划包括倒入海中和发射到宇宙中。

  • 美制造迄今最大激光脉冲:500万亿瓦特功率

    2012年07月18日 08:08 新浪科技微博http://i1.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718075512.jpg  未来能源?美国国家点火装置负责人摩西表示:“它正全面运作。科学家在清洁聚变能源的探索上迈出重要一步。”http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718075533.jpg  这个脉冲只持续230亿分之一秒。这个激光阵列不是朝着一个目标发射的。但2年内,科学家将朝着一个1毫米氢球发射这192束激光。http://i2.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718075553.jpg  一位艺术家的构想图展示了美国国家点火装置“点燃”192束激光阵列时产生的反应。本月制造的这个脉冲并非针对一个目标,但科学家最后会在一个1毫米氢球中用这些激光引发一个聚变反应。http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080555.jpg  一名工作人员正在检查加利福尼亚州的美国国家点火装置的设备。美国国家点火装置的目标是成为首个用聚变反应实现“得失相当”目标的设施,从而产生比这些激光所消耗的还要多的能量。http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080614.jpg这个巨大高能设施将在接下来2年内尝试激光聚变。这项技术被看作清洁能源的“圣杯”。http://i1.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080633.jpg美国国家点火装置的设备:3月15日的结果表明,科学家距“聚变点火”的目标又近了一步。http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080654.jpg这些激光只持续230亿分之一秒,产生的能量却比整个美国在任何特定时间所用的电量多1000多倍。  新浪科技讯 北京时间7月18日消息,据国外媒体报道,位于加利福尼亚州、体育场大小的美国国家点火装置本月制造出人类历史上能量最大的激光脉冲。7月5日,192束激光融合成一个紫外线激光脉冲,产生500万亿瓦特峰值功率,这比美国在任何特定时刻内使用的总电量还要高1000多倍。  对旨在用类似于发生在氢弹中的核聚变反应产生巨大能量的“聚变”设备来说,这个脉冲的产生具有重大历史意义。美国国家点火装置负责人爱德华-摩西表示:“它正全面运作。科学家在清洁聚变能源的探索上迈出了重要一步。”  麻省理工学院高级研究科学家理查德-帕特拉索表示:“这个500万亿瓦功率的激光脉冲是美国国家点火装置研究小组的非凡成就----在实验中创造出迄今为止只出现于恒星内部深处的史无前例的聚变反应。对美国和世界各地像我们一样在极端条件下不懈追求基础科学和实验室聚变点火目标的科学家来说,这是一个非同寻常、令人兴奋的成就。”  加利福尼亚大学伯克利分校天文学、地球与行星学教授雷蒙德-简罗茨表示:“美国国家点火装置成功制造出500万亿瓦功率、具有里程碑意义的激光脉冲,这是世界上经过最严格的控制产生的能量最大的激光。”  这个脉冲只持续了230亿分之一秒。这个激光阵列并未朝着目标物发射,但2年内,科学家将朝着一个1毫米氢球发射这192束激光。美国国家点火装置的科学家希望它将来点燃聚变反应堆的聚变,从而释放出比这些激光所输入的能量还要多的能量。  受控的核聚变可以生成一种从50年代以来科学家一种试图制造出来的清洁能源,但在氢弹中核聚变是不受控制的。由于激光脉冲的持续时间极其短暂,所以所需总能量并不像听起来的那么多,它们被储存在美国国家点火装置电池一样的巨大容器中。 美国国家点火装置负责人摩西表示:“该事件在国家点火计划对聚变点火的探索中是个重要里程碑。国家点火装置用单个激光束进行过许多次类似的能量生成示范,但用192束激光在这个音障上进行操作还是头一次。”点火将成为一种释放出远超过“得失相当点”的巨大能量的自持反应。  美国国家点火装置试用了超重氢和在“重水”中发现的氢同位素重氢的小球,通过激光器把这些小球压缩到起初尺寸的数百分之一大。这个反应把这些原子融合成氮原子,释放出移动迅速、名为中子的亚原子粒子,这可能用于给水加热和为蒸汽轮机提供动力。  但聚变并非没有争议。美国国家点火装置还参与了美国的武器研发计划。这个聚变过程还被用于氢弹中。美国国家点火装置在这个国家的“库存维护与管理计划”中扮演着重要角色,以确保核军火库发挥它应有的作用。绿色和平组织等环境机构认为应把聚变研究的经费转移到研发风力和波浪发电等技术上来。(孝文)

  • 美国家点火装置释出能量超过燃料吸收能量

    美国家点火装置释出能量超过燃料吸收能量标志着核聚变能源研究步入新阶段 科技日报讯 (记者张梦然)核物理学的一项新进展使核聚变能源正在“升温”。2月13日发表在英国《自然》杂志上的论文称,美国国家点火装置的科学家现已通过实验证明,核聚变反应释出的能量比燃料(用于引发核聚变反应)吸收的能量多。这项发现标志着核聚变能源将步入新时代,研究的下一个目标将会是实现“总增益”,即系统产生的能量必须超过进入系统的能量。 惯性约束核聚变是一种产生核聚变能量的方法,其操作原理是把燃料芯块的温度提高,从而引发内爆和燃料压缩。实现受控核聚变条件比较苛刻,输出能量大于输入能量要求密度和约束时间的乘积达到一定要求。 而美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室拥有的世界最大激光器——被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF),其有能力产生类似恒星内核的热与力。尽管设计初衷是用来模拟核爆,属于美国“无爆炸核试验”不可或缺的部分,但该装置自落成起就让世人广泛注意到它更具魅力的一点——实现核能发电。人类能于实验室中获得“取之不尽用之不竭”核聚变能源,这在以前是想都不敢想的事。 相比世界范围其他类似计划,NIF主打的卖点在于其计划成为“第一个突破平衡点”的设施。这个突破平衡点,即指产生的能量大于启动它所需要的能量,也是所谓“能量增益”。这是半个多世纪以来核聚变工作者梦寐以求的目标。 此次通过国家点火装置,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的奥马尔·哈瑞肯教授及其科研团队在惯性约束聚变中成功克服障碍,实现了“燃料增益”。在实验中,他们使用192支激光,替一颗燃料芯块进行加热和压缩直至核聚变反应发生。研究结果表明,核聚变反应产生的能量,大约是以前纪录的10倍。 但论文作者提醒,这次观察到的“燃料增益”,是指核聚变能量高于燃料中能量,而不是用于压缩燃料芯块的总能量。 据英国BBC网站此前报道,他们已了解到去年9月下旬该装置通过核聚变反应释出的能量超过了燃料吸收的能量。这是世界第一台能将其得以实现的装置,被认为是最终目标达成前的一个重要里程碑。但当时实验过程中遇到了一些障碍。 总编辑圈点 “能量增益”和“燃料增益”都像是经济学名词,企业经营讲究产出大于投入,实现盈利才能可持续发展,而核聚变研究的核心是能量的投入和产出,实现能量盈利,可控核聚变才能真正成为永久的清洁能源。本试验就像全面亏损的企业实现了个别部门的盈利,虽离总体扭亏为盈还有几十年时间,但的确给我们带来了信心。当然,如同企业实现盈利有多种模式一样,我们除期待NIF的更多好消息,还可对我国参与的国际热核聚变实验堆报以期待。来源:中国科技网-科技日报 2014年02月13日

  • 我国新一代“人造太阳”实验装置首获兆瓦级强流离子束

    新华社合肥1月14日电 记者14日从中科院合肥物质研究院了解到,我国新一代“人造太阳”实验装置EAST中性束注入系统(NBI)测试台近日在进行大功率离子束引出实验过程中,首次成功获得兆瓦级强流离子束。 负责这项研究工作的胡纯栋研究员介绍说,EAST中性束注入系统(NBI)测试台在实验过程中,成功获得束能量50千伏,束流22安培,束脉宽106毫秒的引出束流,离子束功率达到1.1兆瓦。测试结果圆满达到了EAST-NBI兆瓦级强流离子源研制的阶段性计划目标。这表明我国自主研制的第一台兆瓦级强流离子源以及大功率中性束注入器实验装置,完成了具有里程碑意义的阶段性实验成果。 据介绍,“EAST装置辅助加热系统”是国家“十二五”大科学工程,2010年7月正式立项,它是使EAST具有运行高参数等离子体的能力,从而可以开展与国际热核聚变反应堆密切相关的最前沿性研究的重要系统。其主要包括低杂波电流驱动系统、中性束注入系统这两大系统。 中性束注入系统广泛涉及等离子体物理、强流离子束、精密机械制造、高真空、低温制冷以及辐射防护等多学科技术领域。中科院合肥物质研究院NBI工程团队的科研人员2011年下半年,夜以继日地对基于NBI综合测试平台的强流离子源装置进行放电测试、老化锻炼、子系统联调等逐项实验,在首先获得离子源100秒长脉冲等离子体放电的基础上,终于首次达到了兆瓦级强流离子束研制的阶段性计划目标。 胡纯栋介绍,此次实验结果将为下一阶段长脉冲高能量的离子束调试打下坚实基础,并为EAST辅助加热系统最终目标——2至4兆瓦中性束注入系统的研制提供强有力的可靠支持。 中国是国际热核聚变实验堆(ITER计划)的参与国之一。EAST是由中国独立设计制造的世界首个全超导核聚变实验装置,2007年3月通过国家验收,并在近年来取得了一系列处于国际领先地位的实验成果。其科学目标是为ITER计划和中国未来独立设计建设运行核聚变堆奠定坚实的科学和技术基础。(记者 蔡敏)

  • 【转帖】日本废弃核反应堆发生含放射性物质重水泄漏事故

    日本原子能研究开发机构10月9日公布,已被废弃的“普贤”号核反应堆8日发生重水泄漏事故,其中所含的放射性物质导致一名职工氚浓度检测指标超标。  日本原子能研究开发机构9日发布新闻公报说,从10月6日起,工作人员开始准备从一个已停用的实验设备中将含放射性物质的重水抽出。8日下午,他们发现重水从腐蚀电位试验槽电极的螺丝处渗出,将螺丝拧紧后,重水泄漏停止。据估计,这次泄漏出的含放射性物质的重水约有70毫升,其放射能和经测定扩散到室内空气中的放射能总计为32亿贝可。  在对6日后进过发生泄漏事故房间的所有14名职工进行氚浓度检测后发现,其中有1人的检测值超标。不过,公报说,发生事故的房间排气管内氚浓度未出现明显变化,事故对周围环境没造成影响。  “普贤”号核反应堆位于福井县敦贺市,是世界首座正式使用钚为燃料的反应堆,但已于2003年3月停止运转。

  • 【转帖】日本拟向反应堆安全壳内注入氮气以防氢气爆炸

    日本共同社消息,日本政府消息人士1日透露,日本政府和东京电力公司正在研究向福岛第一核电站的反应堆安全壳内注入惰性气体氮气,以此排除氢气并减少氢气爆炸的危险。  报道说,福岛第一核电站1号机组和3号机组厂房已因氢气爆炸而破损,今后也不排除堆芯受损或熔化产生氢气积聚在安全壳内发生爆炸的可能。注入氮气是为了避免出现这一危险事态。  报道还称,日本首相菅直人已表示核电站事故的处理工作将长期化。现阶段的目标是尽力排除氢气爆炸的危险使堆芯冷却下来。

  • 全国政协委员严建文: 以“智造”赋能新质生产力

    深耕高端装备制造产业数十载,全国政协委员、合锻智能董事长严建文对中国制造业高质量发展有着自己的认识和理解。今年两会期间,严建文继续围绕高端制造带来多项提案,为聚变产业、智能制造、加快发展新质生产力建言献策。“目前,中国在核聚变科研方向处于全球领先地位。然而,随着发达国家更为先进的聚变装置陆续建设,如日本聚变反应堆(日JT-60SA)的建成,美国正在建设高温超导托卡马克SPARC等,中国聚变能技术领先的优势将面临巨大挑战。”严建文告诉证券时报记者,当前聚变堆建造仍需克服材料、加工、装备、建安、运维等尖端制造技术难题,而国内尚未成立解决聚变制造产业共性问题、服务制造产业发展的制造业创新中心,限制了聚变产业的发展。鉴于此,严建文建议由中国科协牵头,支持国际化的聚变产业联盟注册,促进国际间聚变技术的交流;由发改委牵头,加大聚变产业经费投入,成立1—2家由国家主导的聚变能开发应用的市场主体;同时由工信部牵头,支持创建聚变尖端制造创新中心并将其建成国家级制造业创新中心,打造聚变尖端制造万亿产业集群。近年来,合锻智能也在以实际行动助力聚变产业发展。据悉,公司正积极参与聚变堆的关键部件的相关制造,投入了专门团队对聚变堆真空室构件进行预研,并已承接核聚变真空室构件的研制工作。“中国制造正在成为世界制造不可或缺的重要组成部分,但也应清楚地认识到我国制造业底蕴不足的事实,人才技术能力与基础制造能力均有待提升。”严建文表示,除关键零部件及高端装备与国外发达工业强国还存在差距外,我国在高端机器操作系统、智能装备管理运维系统等软件能力上也亟待完善。对此,严建文建议工信部在全国范围内做调研普查,重点对标全球行业龙头企业,尽快制定中国工业发展路线图,落实短缺技术能力建设的路线和方向,安排科学的赶超时间表,并根据各行业、领域的特点,注重并务实推进中国工程师队伍建设,着力打造隐形领军企业。近年来,我国制造业在人工智能赋能下,进入全新发展阶段,成为激发新质生产力的“倍增器”。 截至2023年12月底,我国已培育421家国家级示范工厂、万余家省级数字化车间和智能工厂。大飞机、新能源汽车、高速动车组等领域示范工厂研制周期平均缩短近30%,生产效率提升约30%;钢铁、建材、民爆等领域示范工厂本质安全水平大幅提升,碳排放减少约12%。不过,在严建文看来,目前我国智能制造的供给支撑能力、应用推广水平仍待提升,关键标准仍存在缺失或适应性不强等情况,标准体系亟待完善。“建议相关部门抓紧推动智能制造系统和机器人重大专项(2030)立项实施,同时加快智能制造普及应用,支持工业大省建设智能制造先行区,推动行业龙头企业建设全球领先的‘未来工厂’,在中小企业层面构建一批企业数智化转型样板并加强复制推广。”严建文表示,除此之外,加快形成我国自己的智能制造标准和评价体系也是当务之急。[size=14px][color=#707d8a][ 来源:证券时报网 ][/color][/size][size=14px][color=#707d8a][i]编辑:张圣斌[/i][/color][/size]

  • 人造太阳

    国际热核聚变实验反应堆计划于2006年11月21日正式启动,该计划被称为人类最终解决能源危机的最大希望。EAST比国际热核聚变实验反应堆在规模上小很多,但两者都是全超导非圆截面托卡马克装置。EAST的成功运行,将为国际热核聚变实验反应堆计划作出重要贡献。我国是国际热核聚变实验反应堆计划的参与国家之一,将承担10%的责任。中科院等离子体研究所将承担起一批部件的研发任务,涉及超导技术、大功率电源技术、遥控技术等。EAST是由中国独立设计制造的世界首个全超导核聚变实验装置,2007年3月通过国家验收,并在近年来取得了一系列实验成果。其科学目标是为ITER计划和我国未来独立设计建设运行核聚变堆奠定坚实的科学和技术基础。

  • 【讨论】人造太阳,你见过没?

    【讨论】人造太阳,你见过没?

    人造太阳”美国国家点火装置日前完成了首次综合点火实验。  信息时报综合报道 位于美国加州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)称,被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF)日前完成了其首次综合点火实验——192束激光系统向首个低温靶室发射了1兆焦激光能量,使中心最高温度达到华氏600万度,相当于恒星或大行星核心的温度。而太阳中心的温度为华氏2700万度。英国媒体14日报道,虽然说,NIF这一实验没有达到预期目标,但科学家依然对NIF的未来充满信心。  NIF是全球最大的激光核聚变装置,研究人员致力于尝试如何“驾驭太阳的能量”,从1997年开始建造NIF,但直到2009年5月29日,NIF才最终落成。整个计划花了22亿英镑(约合人民币235亿元)。启动时,激光束会聚焦到一个很小的点上,从而产生上亿摄氏度高温,模拟出像恒星内核或核爆炸那么强烈的温度与压力。阿景  三大任务  1 让科学家用它模拟核爆炸,研究核武器的性能情况,保证美国在无需核试验的情况下保持核威慑力。  2 模拟超新星、黑洞边界、恒星和巨大行星内核的环境,进行科学试验将为科学界提供大量此前无法获取的数据。  3 保证美国的能源安全。科学家希望从2010年开始借助国家点火装置来制造类似太阳内部的可控氢核聚变反应,最终用来生产可持续的清洁能源。  NIF承载人类清洁能源之梦  NIF承载了人类的清洁能源之梦。最简单的描述核聚变,就是两个轻的原子核相碰,形成一个原子核并释放出能量的反应。在自然界,太阳的内部连续不断地进行着氢聚变成氦过程,因而太阳产生的光和热就是由核聚变带来的。  这是人类无法不觊觎的巨大能量。但“人造太阳”要能为我们所用,就必须使核聚变在人为控制下进行,掌握核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出。  受控核聚变前景之诱人,还不仅仅因为能量的产生,而且由于核聚变所需的原料——氢的同位素氘可以从海水中提取。据估测,1升海水中提取出的氘完全聚变反应,放出的能量能达到100倍数量级的汽油燃烧释放的能量,因此受控核聚变的研究成功几乎能使人类摆脱能源危机的困扰。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/12/201012141006_266816_1611705_3.jpg

  • 【转帖】日本再不封堆,将造成人道灾难。

    这是我看的比较专业的一个帖子,但是不知道是否属实。以下为原文——————————————————————————————————————————————反应居然是铀鈈堆,而不是普通的二氧化铀堆,看来造核弹就在他们掌握中。他们这盘棋很大啊。铀钚堆是什么呢?简单地说,钚也可以做核弹,往长崎广岛投的弹就是钚弹。他们不用二氧化铀做燃料芯块,而是用铀钚合金,这就很说明问题。我不知道什么真相,起因什么的不重要,重要的是停堆方式出了问题,剩余反应性还很大时就停了,失控了。 别小看这次事故,从事故级别上来看这次和三里岛、切尔诺贝利是一个级别的,即核反应堆最高等级事故:堆芯融化。 核裂变反应是自持反应。在没有控制棒的情况下,中子生成比大于1,也就是说,一个中子进来,反应后就出来不止一个中子,中子越反应越多,这就叫超临界状态。 正常启堆时就是这种超临界。但到了堆功率稳定后,就要控制棒和反应毒物的加入,将K稳定在1,即生成和消耗相等,这样才能稳定产热。 而目前福岛这个堆呢,由于温度过高,堆芯融化,导致反应开始泛滥。你想想,每次反应都多产生些中子,还控制不住,这不就是恶性循环吗?现在就是这个情况,骑虎难下,根本停不住。 有消息说要用混凝土封堆,纯扯淡。封堆看上去是从外面把堆封了,其实里面还在反应。里面的反应填料还剩多少我不知道,但总够再反应一阵的。表面看上去不泄露了,实际上这是治标不治本,治标不治本的后果更严重! 可能大家问了,都封了怎么还严重呢?我说了,里面已经是超临界了,如果只封不冷,那么里面继续反应,继续产热。电站的地基都是很厚实的,但即使再厚实,也架不住这么大量的热,融化的堆芯会随同安全壳里的所有物质一起向下融!安全壳里的一锅粥往下融的后果呢?太恐怖了那就。那个电站的地理位置我不知道,如果底下有地下水,那么大量剧烈放射性物就漏到地下水里了。而且那地方还靠海,你们想想什么后果吧!基本上那周围就别想有活物了! 先说这次所谓的爆了个炸是什么。首先,这不是核爆,请放心。核堆不可能核爆,因为铀浓度不够。蛋蛋的浓度都是百分之九十九以上,那时候达到临界体积才会爆。铀燃料虽然也叫“浓缩铀”,但是浓度不到百分之三,累死它也爆不了。那是哪爆的呢? 反应堆里的燃料不是简单地放置的,尤其是压水堆,燃料都是以芯块的形式排成棒束,每个芯块都有包壳。问题就在这个包壳上。包壳是什么做的?锆合金。锆合金截面小,在高放射性下结构性能好,所以用它来。但它有个致命缺陷,这次的爆也就是这个缺陷导致的:高温下,锆水反应生成氢。 最开始反应堆失控后,温度就开始急剧上升。然后堆里成一锅粥了,锆合金就跟水发生了大规模的锆水反应,生成了大量的氢。于是一回路里氢越聚越多,最后在高温的作用下,爆了。 现在重中之重是什么?是怎么将安全壳里这一锅粥给冷下来。难度太大太大了。前面说了,这是自持性反应,这种非正常停堆太TM伤了,反应性还高居不下,高温还把里面的控制系统都融了。本来有一些紧急注水系统,但现在估计根本用不上,一是光这么注水冷却强度不够,二是有可能这些系统也被融了……从来对曰本人好感不多,但是在这种时刻居然还挺信任他们的,因为他们的技术和勇气确实可嘉。希望他们能控制住局面,但是,太难太难了。 据说,日本已经有12位自卫队勇士下去强行关闭,已经捐躯,捐12个都算好的,很可能再往里扔12个都停不下来,还有可能到最后发现扔了不知多少勇士,还是没控制住! 现在才真正见识到什么叫恶魔!虽然我似乎不该这么丑化自己专业,但事实上就是如此!控制住了,就是利国利民功在千秋,一旦出问题,麻烦大大滴!最可怕的是,当出问题时,人类发现自己已经控制不住了。 辐射物不仅仅是重金属,有些朋友别存侥幸心理。轻金属、非金属、水都可能有辐射。比如反应堆中的一回路里的水就有高辐射,一般情况下一回路边界都会重点设防,将辐射隔离开,二回路的水辐射强度就几乎为零了。可这次氢爆就发生在一回路,高辐射水溢出,很惨。 如果这次事故导致烧融物溢出到自然界,也就是说反应堆真漏了,那么水体就全带上辐射喽。小鱼小虾不听话,它们不会等着海水将辐射稀释了再喝水进食,很多辐射物会直接被它们密西掉。然后中鱼吃小鱼,大鱼吃中鱼,加上泄漏到环境里的辐射,人间地狱。令人绝望的是,福岛出事这个堆,是沸水堆!就是传说中的BWR,一种褒贬不一的堆型。它可以做得功率很大,但是它的安全性比不上现在的主流堆型——压水堆。它连二回路都没有啊我艹!一般的压水堆,控制棒是从上向下插入堆芯的,也就是说,在失控情况下,控制棒可以靠重力自行下落到堆中,以便吸收中子,起到降低反应性的作用。 而沸水堆不然,它没有二回路。反应堆产生的热直接加热冷却剂(水),然后像开锅一样,蒸汽随着一回路到达汽轮机,做功发电,然后回到堆里完成循环。其间有很多再热回热的过程,不一一说明了,总之大家要知道,它没有一、二回路边界,也就是说辐射直接从堆到汽轮机,全有。一个没有二回路的沸水堆,场面失控,堆芯还融化了,还赶上氢爆,这还有个好? 说得我自己都一身冷汗……

  • 美太空望远镜捕捉垂死恒星爆发似宇宙巨眼

    美太空望远镜捕捉垂死恒星爆发似宇宙巨眼http://www.people.com.cn/mediafile/pic/20121012/90/13394335737273664146.jpg菲力可斯星云位于距离地球650光年的宝瓶座里,它看起来很像夜空里的一只巨眼。  北京时间10月11日消息,美国宇航局的太空望远镜已经捕捉到菲力可斯星云(Helix Nebula)令人惊叹的新细节,这张激动人心的图片显示一颗垂死恒星正在“大发雷霆”。它布满灰尘的外层分散到空中,在炙热恒星核喷出的强紫外线的照射下闪闪发光,看起来像夜空中的一只巨眼。  这张合成图是由美国宇航局的斯皮策太空望远镜和星系演化探测器(GALEX)拍摄的,该局把这些仪器借给帕萨迪纳的加州理工学院。这个名叫菲力可斯星云的天体位于距离地球650光年的宝瓶座里。它的编号是NGC 7293,是行星状星云的一个典型例子。18世纪发现的这些宇宙艺术品因为类似庞大的气体行星,所以一直被错误命名。行星状星云实际上是曾经看起来很像我们的太阳的恒星的残余物。这些恒星一生中的大部分时间都在通过核内失控的核聚变反应,努力把氢转变成氦。事实上,我们的太阳正是通过这种核聚变过程为我们提供光和热。我们的太阳在未来大约50亿年内走向死亡时,也会变成一个行星状星云。

  • 【转帖】打开一扇宇宙中微子的窗户

    【转帖】打开一扇宇宙中微子的窗户

    天文学家正在研究来自超新星爆发和其他高能现象的亚原子粒子,但这些粒子极难探测。通过仰望苍穹,我们认识了宇宙。这同时也意味着我们的认识取决于我们所观测的信号以及它们自身所携带的信息。从远古至今,光一直就是这样一位孜孜不倦的“信使”。使用肉眼和望远镜,我们一直在探测可见光下的宇宙。但是它们只是通向宇宙的一小扇窗户。20世纪当人类在地球上建造了射电望远镜并且发射卫星把探测器送出大气层时,宇宙展现出了它更多姿多彩的一面。红外观测数据向我们展示了贯穿我们银河系的低温气体,高能γ射线则书写下了遥远星系中的剧烈爆发。所有这些辐射都携带了它们发出地的信息。但我们的大气层会吸收除了可见光和射电波之外的绝大部分辐射。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/05/201105162105_294471_1609805_3.jpg:太阳能源来自于其核心的核聚变反应。这些反应会产生中微子。所有的地面和空间天文台都有一个共同点,它们所探测的都是电磁波谱中的某一段。但现在天文学家们正在打开一扇不依赖于电磁波的新窗户,而充当“信使”的则是宇宙中一种难以捉摸的粒子——中微子。

  • 【分享】说说五种常见的放射性元素

    中国科学院高能物理研究所2011年04月29日 来源: 科技日报 作者: 石伟群 赵宇亮 柴之芳  专家谈核   常见放射性元素包括天然放射性元素和人工放射性元素。我们介绍几种主要的放射性元素。  放射性铯:铯是一种银金色的碱金属元素,化学符号是Cs,原子序数是55,在1860年由德国化学家本生和基尔霍夫发现。铯的熔点低,熔点约为28.44°熔化。在空气中它容易氧化,可用于制造真空件器、光电管等,在化学上还可用做催化剂。  在核电站的乏燃料(燃烧以后的核燃料)的裂变产物中,长半衰期的铯-137的裂变产额较高,是重要的放射性元素。目前已发现的铯放射性同位素有34个。铯-137是裂变产生的最重要的放射性铯同位素,其半衰期约需30年,完全消失则长达300年。由于具有放射毒性,一旦环境中的铯-137被人体吸收,就会对人体产生危害。因此,在核爆炸或者核事故所致的环境污染检测中,铯-137是重点检测的放射性元素。铯作为γ辐射源的半衰期较长,且易造成扩散。目前铯-137源已逐渐被钴-60源取代。  放射性碘:碘也是核电站燃料的主要裂变产物。已表征的碘的同位素有37种。碘-131是核废料中的主要裂变产物之一,由于碘具有易挥发的特点,在核爆炸及反应堆事故中,它是早期污染环境的主要核素。  碘-131半衰期为8天,用铅屏蔽就可以阻隔其放射线。在碘的放射性同位素中,碘-131和碘-125是毒性相对较大的放射性核素。进入血液中的放射性碘,约70%存在于血浆中,30%很快转移到体内各组织器官内,且呈高度不均匀分布,大部分选择性地富集于甲状腺,通常甲状腺内碘浓度可达血浆浓度的25倍,在供碘不足的情况下其浓度可达到血浆浓度的500倍,所以,放射性碘对人体的危害主要表现为甲状腺辐射损伤。医学上也正是利用碘在甲状腺中的富集行为,来利用放射性碘-131治疗甲状腺疾病。  核电站严重事故有可能向环境释放大量放射性碘,但目前已运行的和未来的先进核能循环系统均有较高的安全防护设施,通常会尽量防止放射性碘排放到环境中。以美国三里岛事故为例,反应堆核燃料元件熔化导致大量放射性碘元素释放出来,但均被控制在安全壳内,只有少量放射性碘由于操作失误释放到环境中。类似日本福岛核电站这样的较大规模放射性元素泄漏事件是较为罕见的,同时,也为将来的核电站设计提出了更高安全性的新要求。  放射性锶:放射性锶可以作为环境放射性污染的重要标志物:锶-90和锶-89是用来评估核试验所致环境污染物的主要核素之一。  锶-90居于被选对象的首位是因为它在裂变产物中的份额较高、物理半衰期较长、及进入人体后有重要的毒理学意义。反应堆运行和乏燃料后处理产生的放射性废物中含有较多的锶-90。锶-90可作为β辐射源,在军事,科学研究及医学上均有重要用途。锶-89也可作β放射源。锶-85则是纯γ辐射源,是一种常用的示踪剂。动物实验证明,进入体内的放射性锶主要造成骨髓造血组织和骨骼的损伤,其随机性效应主要是骨组织瘤,其次为白血病。  放射性氡:氡是天然放射性惰性气体(故也称氡气),无色无嗅,可溶于水,其化学符号为Rn。氡有很多放射性同位素,其中半衰期最长的同位素是氡-222(半衰期为3.82天),前面所说的氡通常即是指氡-222。有人把氡气比做“无形的杀手”,虽然有些夸大其词,但氡确实可以对人的健康构成危害。世界卫生组织已把氡列为19种致癌物质之一,研究表明氡吸入是仅次于吸烟的第二大致肺癌因素。  由于氡-222的放射性子体是固态放射性核素,能在空气中形成气溶胶被人吸入。氡-220是氡的另一种同位素,半衰期为55秒。由于氡-220是钍-222的衰变产物,也把它称为钍射气。在我国,已发现泥土房和窑洞中氡-220的浓度较高。  氡无所不在,遍布在我们的生活环境之中,而我们需要特别警惕的是室内的氡。室内的氡气可以来自地基下的土壤,也可来自各种建筑材料,或来自空气或用水。一般地下室、窑洞或土坯房子的氡气浓度较高,为了减少氡及其子体的危害,要保持室内良好通风。  放射性氚:氚是元素氢的一种放射性同位素。可写为3H,氚还有其专用符号T。它的原子核由一颗质子和二颗中子组成。1934年,英国卢瑟福等人在加速器上用加速的氘核轰击氘靶,通过核反应发现氚,1939年美国科学家阿耳瓦雷等证明氚有放射性。氚会发射β射线而衰变成氦3,半衰期为12.5年。自然界的氚是宇宙射线与上层大气间作用,通过核反应生成的。氚主要用于热核武器、科学研究中的标记化合物,制作发光氚管,还可能成为热核聚变反应的原料。  氚及其标记化合物在军事、工业、水文、地质,以及各个科学研究领域里均起着重要的作用;在生命科学的许多研究工作中,氚标记化合物则是必不可少的研究工具。例如,酶的作用机理和分析、细胞学、分子生物学、受体结合研究、放射免疫分析、药物代谢动力学,以及癌症的诊断和治疗等,都离不开氚标记化合物。

  • 【分享】核聚变伸手可及?

    最近在美国加州所作的实验使得研究人员距离惯性聚变点火(这是加温并压缩一种燃料的策略,它可使科学家们在未来掌控核聚变的强大能量)的成功又近了一步。这种强有力的聚变在恒星中会自然地发生,但科学家们在实验室环境中还没有掌控这种强有力的能量。如今,SiegfriedGlenzer及其同事已经证明,这种聚变点火所需要的条件实际上可在他们的实验室中实现。研究人员将192条高能激光束对准一个小容器(其中装有氘与氚的混合物)。据专家披露,其在内爆的时候可激发燃烧的聚变等离子体以及可利用能量的外泄。Glenzer及其同事将该容器加温到330万开氏度,这样,他们为迈出下一大步铺平了道路:对一个充满燃料的容器进行点火和内爆。

  • 英国国家物理实验室升级中子测量设施

    [color=#000000]英国国家物理实验室(NPL)宣布升级新的中子测量设施,增强英国核能、国防和聚变研究领域的安全可靠运行和持续发展。升级的新型粒子加速器为荷兰制造的2.0 MV同轴VHC Tandetron,功率将提高6倍,成为全球少数提供精确可追踪中子标准的设施之一。新的加速系统可满足英国核基础设施和未来反应堆安全高效运行所需的新仪器和探测器的特性需求,支持聚变研究机构及其供应链,为国防和安全部门生产单能中子场和热中子场。[/color][来源:科技部][align=right][/align]

  • 核电站工作原理

    核电站工作原理 1.热堆的概念中打入铀-235的原于核以后,原子核就变得不稳定,会分裂成两个较小质量的新原子核,这是核的裂变反应,放出的能量叫裂变能;产生巨大能量的同时,还会放出2~3个中子和其它射线。 这些中子再打入别的铀-235核,引起新的核裂变,新的裂变又产生新的中子和裂变能,如此不断持续下去,就形成了链式反应 利用原子核反应原理建造的反应堆需将裂变时释放出的中子减速后,再引起新的核裂变,由于中子的运动速度与分子的热运动达到平衡状态,这种中子被称为热中子。堆内主要由热中子引起裂变的反应堆叫做热中子反应堆(简称热堆)。  2 热中子反应堆,它是用慢化剂把快中子速度降低,使之成为热中子(或称慢中子),再利用热中子来进行链式反应的一种装置。由于热中子更容易引起铀-235等裂变,这样,用少量裂变物质就可获得链式裂变反应。  3.慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质,如重水、铍、石墨、水等。热中子堆一般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中,组成堆芯。链式反应就是在堆芯中进行的。  4.反应堆必须用冷却剂把裂变能带出堆芯。冷却剂也是吸收中子很少的物质。热中子堆最常用的冷却剂是轻水(普通水)、重水、二氧化碳和氦气。 核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。反应堆是核电站的核心。反应堆工作时放出的热能,由一回路系统的冷却剂带出,用以产生蒸汽。因此,整个一回路系统被称为“核供汽系统”,它相当于火电厂的锅炉系统。为了确保安全,整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内,这样,无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统,与火电厂的汽轮发电机系统基本相同。 轻水堆――压水堆电站 自从核电站问世以来,在工业上成熟的发电堆主要有以下三种:轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同的核电站中,形成了现代核发电的主体。 目前,热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。  压水堆核电站 压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开,它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为:主泵将高压冷却剂送入反应堆,一般冷却剂保持在120~160个大气压。在高压情况下,冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆,并进入蒸汽发生器,通过数以千计的传热管,把热量传给管外的二回路水,使水沸腾产生蒸汽;冷却剂流经蒸汽发生器后,再由主泵送入反应堆,这样来回循环,不断地把反应堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽,推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水,再由凝结给水泵送入加热器,重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。 压水堆由压力容器和堆芯两部分组成。压力容器是一个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳,所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀,用来推动汽轮机转动的高温高压蒸汽就在这里产生的。在容器的顶部设置有控制棒驱动机构,用以驱动控制棒在堆芯内上下移动。 堆芯是反应堆的心脏,装在压力容器中间。它是燃料组件构成的。正如锅炉烧的煤块一样,燃料芯块是核电站“原子锅炉”燃烧的基本单元。这种芯块是由二氧化铀烧结而成的,含有2~4%的铀-235,呈小圆柱形,直径为9.3毫米。把这种芯块装在两端密封的锆合金包壳管中,成为一根长约4米、直径约10毫米的燃料元件棒。把 200多根燃料棒按正方形排列,用定位格架固定,组成燃料组件。每个堆芯一般由121个到193个组件组成。这样,一座压水堆所需燃料棒几万根,二氧化铀芯块1千多万块堆芯。此外,这种反应堆的堆芯还有控制棒和含硼的冷却水(冷却剂)。控制棒用银铟镉材料制成,外面套有不锈钢包壳,可以吸收反应堆中的中子,它的粗细与燃料棒差不多。把多根控制棒组成棒束型,用来控制反应堆核反应的快慢。如果反应堆发生故障,立即把足够多的控制棒插入堆芯,在很短时间内反应堆就会停止工作,这就保证了反应堆运行的安全。 轻水堆――沸水堆电站 沸水堆核电站 沸水堆核电站工作流程是:冷却剂(水)从堆芯下部流进,在沿堆芯上升的过程中,从燃料棒那里得到了热量,使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物,经过汽水分离器和蒸汽干燥器,将分离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。 沸水堆是由压力容器及其中间的燃料元件、十字形控制棒和汽水分离器等组成。汽水分离器在堆芯的上部,它的作用是把蒸汽和水滴分开、防止水进入汽轮机,造成汽轮机叶片损坏。沸水堆所用的燃料和燃料组件与压水堆相同。沸腾水既作慢化剂又作冷却剂。 沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力(约为70个大气压)下,水通过堆芯变成约285℃的蒸汽,并直接被引入汽轮机。所以,沸水堆只有一个回路,省去了容易发生泄漏的蒸汽发生器,因而显得很简单。

  • 【资料】世界著名实验室简介【三】

    【资料】世界著名实验室简介【三】

    一、简介:美国橡树岭国家实验室(OakRidgeNationalLaboratory)是美国能源部所属的一个大型国家实验室,成立于1943年,最初是作为美国曼哈顿计划的一部分,以生产和分离铀和钚为主要目的建造的,原称克林顿实验室。2000年4月以后由田纳西大学和Battelle纪念研究所共同管理。他们的使命是攻克美国当下面临的最严峻的科学难题,并且开发新技术,为人类创造更加美好的生活,保护人类。二、趣闻:在第二次世界大战期间(1943),为了赶在德国之前造出原子弹,美国启动“曼哈顿工程” ,橡树岭国家实验室就是该工程的重要组成部分。一年之内,在一片荒无人烟的不毛之地建成了一座秘密城市“橡树岭”以及用于核武试验研究的国家实验室。很长一段时间,在公开出版的地图上是找不到橡树岭的。即使在今天,用GPS也只能查出该实验室所在的街道,但找不到它具体的门牌号码位置。第一天到达(5-12-2008)时,是该实验室的车把我们从旅馆接到他们的会议厅的。第二天,我就尝试自己开车进去。由于早已办好证件,过检查站时除了警卫严查证件外,倒是没有遇到麻烦。过检查站时的车速不得超过25迈,距检查站大约100米处设有警灯和自动关闭装置,若有人闯关,该装置会立刻自动设置路障。我们佩戴的“访问者证”上面明确标识“须有人陪同” ,意即切莫单独行动,擅入机秘重地。这也难怪,当年就是在这里分离出铀和钚并制造出世界上第一个核反应堆,它的确曾是绝密的军事重地。直到今天,许多建筑物上还有当年的密码代号:Y-12,X-10,K-25,和S-50。 在一次宴会演说中,出身空军的越战老兵,现任微软公关部副总裁的M先生非常明确地说微软承担了来自美国政府的绝密项目(deep secret)。这位老兄发表了如下的“高见” :生育率决定论。印度和中国的生育率都很高,都是美国潜在的威胁。真不知此兄对中国的计划生育政策是如何看待的。Symantec 的一位部门经理讲了Symantec 的全球情报网络,给人印象极深:目前,Symantec 在全球各地设立了40,000个防火墙探测器(firewall sensors);6,200个安全装置;二百万个陷阱账号;1,600个安全分析研究人员。好家伙,这哪里是一家软件公司,这是一个有雄霸世界之志的信息情报部!中国的国安部都不一定有如此广泛的触角,遍布五洲五洋。中国的信息产业路漫漫其修远兮,必须不断求索,不断进取。三、主要研究领域:中子科学、化学与放射化学技术、复杂生物系统、能源科学、工程科学与机器人、环境科学、高效计算、数学、测量科学、物理和化学科学、模拟科学、国家安全。四、现任所长:2003年8月1日起,Jeff Wadsworth担任橡树岭国家实验室现任所长。他是国际上公认的冶金学家,曾任位于俄亥俄州首府哥伦布市Battelle纪念研究所的首席执行官,集中从事能源部科学计划、技术转让和国土安全方面的工作。  1980年-1992年,在Palo Alto研究实验室为洛克希德导弹和空间公司工作。2002年8月到Battelle纪念研究所工作之前,任劳论斯·利弗莫尔国家实验室负责科技的副所长。2003年,他因在开发先进材料和超塑性,以及在确定大马士革和其他钢种的历史和产地所做出的突出贡献,和在科学上维护国家安全方面的广泛主导作用而被选为美国科学进步协会的会员。五、大事记:1939年 发现核裂变  1942年 橡树岭被选为二战曼哈顿计划的场地  1943年 世界上第一台连续运转造价1200万美元的石墨反应堆经过9个月的建造达到关键  1944年 石墨反应堆生产出钚,为生产结束二战的原子弹所需钚的Hanford反应堆做好准备  1945年 在石墨反应堆上发现元素61(钷);在反应堆上首次开展中子散射研究(实验者为Ernie Wollan和Cliff Shull(右图); 后者因在石墨反应堆上所做的开拓性工作荣获1994年诺贝尔物理奖)  1946年 首次将反应堆生产的放射性同位素送到癌症医院;提出压水反应堆的设想 (后用于核电和潜水推力);设计出放射探测器和剂量仪  1947年 老鼠用来研究辐射对哺乳动物的遗传影响;原子委员会成立  1948年 设计用于研究反应堆的燃料成分;材料实验反应堆在ORNL设计,建在爱达荷州  1949年 在ORNL开发出普雷克斯过程,后来在世界范围内成为从用过的反应堆燃料中回收铀和钚的方法  1950年 橡树岭反应堆技术学校成立;低流强测试反应堆首次运行  1951年 整体屏蔽反应堆开始运行;测量中子半寿命;安装5 MW静电加速器  1952年 建造ORNL第一台重离子回旋加速器;根据对被辐照老鼠胚胎的研究,ORNL告戒不要对可能怀孕的妇女进行X光检查;均匀反应堆实验首次运行  1953年 在ORNL安装当时世界上功率最大的橡树岭自动计算机和逻辑机;ORNL为军队在遥远场地使用所设计的可移动反应堆  1954年 ORNL生态计划开始;测试ORNL实验飞机反应堆;塔式屏蔽设施首次运行,为倒运的核飞机计划提供数据和利用两种不同反应物对撞分子束流首次详细研究化学反应  1955年 在联合国和平利用原子大会上ORNL小的“游泳池”式反应堆展示给艾森豪威尔总统;Alvin Weinberg 被任命为ORNL所长(右图),在此职位历时18年  1956年 核糖核酸(RNA)被发现;展示首例骨髓移植。国家科学院委员会根据ORNL老鼠数据就辐射对人类遗传效应进行预测  1957年 在ORNL领导的影响下,对可允许的医用辐射水平和工作地点的放射性核素作出决定;ORNL第一台聚变研究装置建成  1958年 橡树岭研究反应堆开始运行;美国首次寻找高水平核废料储存地的努力由ORNL开始  1959年 发现老鼠的雄性取决于Y染色体的存在;ORNL研究人员对用于美国第一台核动力民用船只的掩映队屏蔽进行了鉴定  1960年 制作出用作个人辐射监视器的袖珍啸声器;测量化学制品对老鼠的遗传影响的实验计划启动  1961年 开始开发放射性同位素加热源,为空间卫星提供动力;在ORNL反应堆上开发出嬗变搀杂法;后用于制造电子学部件  1962年 开展辐射防护物理研究;研究反应堆竣工;借助计算机模拟发现离子沟道效应;军民研究计划启动;木实验台用放射性同位素铯-137作标记;分析表明核武器实验产生的放射性微粒具有危害性  1963年 辐射屏蔽信息中心成立;橡树岭等时性回旋加速器首次运行  1964年 成为第一个雇佣社会科学家(开始时进行军民研究)的国家实验室;在联合国大会上介绍ORNL核脱盐概念  1965年 高通亮同位素反应堆(HFIR)和熔盐反应堆运行(MSR)  1966年 石墨反应堆被命名为国家历史性里程碑;开发出评价核临界安全的KENO蒙特卡洛代码  1967年 Walker Branch Watershed研究设施对生态系统研究开放;ORNL被选为领导国际生物计划下美国的生态系统研究;在ORNL高速离心机中分离出病毒;开发出评估辐射屏蔽保护能力的模拟代码  1968年 使用铀233,第二个熔盐反应堆运行(这是第一台使用这种燃料的反应堆);发明医疗诊断用的快速离心分析仪;用ORNL开发的区域离心机产生出超纯疫苗;设计出能更好抗中子诱导膨胀的不锈钢合金  1969年 利用新的橡树岭电子直线加速器首次进行了中子截面测量;ORNL成为与遥感结合在一起的地理信息系统的领导者;设计出Apollo 11月亮岩石收集器  1970年 提出SCALE标准,帮助确保用过核燃料的安全储存和运输;ORNL第一台用于等离子体物理实验的托卡马克聚变研究装置运行  1971年 水生态实验室成立;获得环境影响说明所需的鱼最喜欢水温的数据;在加速器研究中确定了变形的铀234原子核的可能形状  1972年 能量守恒研究计划启动;老鼠胚胎冷冻、解冻和移植到母性老鼠中,生出健康的幼鼠;在生物反应堆中,发现花园土壤的细菌去掉来自工业废水的硝酸盐和稀有金属;发现四极磁铁大共振;广泛研究出现这些原子核大振荡的模式  1

  • 美国的“人造太阳”正在地平线升起

    来源:科技日报 作者:张梦然 2013年09月26日http://www.wokeji.com/qyts/1_qykj/201309/W020130926251522191132.jpg美国国家点火装置的前置放大器。 科技日报讯 (记者张梦然)据物理学家组织网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。相关论文发表在《等离子体物理学》杂志上。 备受全球关注的NIF于2009年5月在加州落成,融合了美国多家实验室的心血,迄今仍无人能挑战其世界上最大的激光聚变机器的身份。NIF有能力产生类似恒星内核的热与力,设计初衷本是用来模拟核爆,与罗切斯特大学激光器一样都属美国“无爆炸核试验”不可或缺之部分。但该装置也有较高的可用增益,让人们广泛注意到它更具魅力的一点——实现核能发电。人类能于实验室中获得“取之不尽用之不竭”核聚变能源,这在以前是想都不敢想的事。 此次据NIF研究小组的报告,在“点火”中,工程师们已直接将NIF的激光对准了燃料球,燃料球中含有氘和氚原子,激光器随后以接近太阳中心的温度对原子进行加热。NIF惯性约束聚变副主任约翰·爱德华兹表示,他们需要在一个非常可控的方式下利用激光束快速加热(点火要求在十亿分之一秒内),使目标物的最外层发生爆炸,目标物的剩余部分在强烈内爆的驱使下,内部燃料瞬间压缩,形成冲击波,进一步加热中心区域的燃料,导致可持续性燃烧,产生巨大能量。实验“几乎已经成功”,但舱室却在极端的温度和压力下屡次过早破裂。 约翰·爱德华兹称,为实现“点火”,他们已面对了相当多的挑战——足够的X射线强度、精确的能量传递等,但现在仍有一个关键障碍横亘于此。研究人员或将再做出一个在引燃点下能保持稳定的舱室。 而据稍早时间劳伦斯·利弗莫尔实验室发布的消息称,NIF的重量级激光向核聚变能源迈出了“第一步”,192束激光束成功融合成一个单一脉冲,并爆发出难以置信的能量——1.8兆焦耳的能量和500万亿瓦的峰值功率,已比美国在任何特定时刻内消耗的总电量还要高1000多倍。 NIF项目并非一帆风顺。2012年末,其曾被披露迫于种种压力扭转研究方向,焦点由“能源”正转回到“核武器”上。据当时《自然》在线版报道,主要原因是部分政府人士“发现”激光核聚变与产生电能尚有距离,同时还夺走了其他领域本来就不宽裕的资金。不过多数科学家非常难以接受这个伟大的清洁能源之梦就此夭折,他们对NIF的研究进展进行辩护,也对政府这一决议大加抨击。 总编辑圈点 物理学家们梦想使用高功率激光器瞬间加热并压缩氢使之点火,已有三十余年,但尝试结果只能说惨淡二字。搞得人们嘲笑说:核聚变是能源的未来,而且永远都是在“未来”。可谁说拯救当今能源困局,或是改变世界能源格局,它是个容易事呢?类似“人造太阳”的实验项目,国际上不只NIF一家,但NIF树大招风,每走一步要么接受鲜花要么被砸鸡蛋。如今它的成就,从能源的角度来看可能只是“一小步”,但对一个激光器装置来说,其实是迈出了无比巨大的一步。

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