英國計劃建造全球首座核聚變發電廠
可能在2040年展示商業能源生產

發布時間:2019-10-16

國際核聚變項目ITER目前正在法國南部建設。圖片來源:Christophe Simon

本報訊 英國加入了建造全球第一座商用核聚變反應堆的競賽。103日,該國政府宣布了一項2億英鎊(2.48億美元)的投資。

盡管目前還沒有一座核聚變設施能夠產生超過其運行所需的能量,但各國政府已經在考慮如何建造一座商用反應堆。其中,英國方案的設計和時間表都是最具雄心的。

“這錢是否足夠,我不知道,但這是一大筆錢。”Tim Luce說,他是世界最大核聚變實驗ITER的首席科學家,該實驗得到了各國的支持。Luce表示,如果這筆資金繼續用于制造最終設備的關鍵部件原型,那應該會給英國帶來“一個良好的開端”。

在未來的4年里,牛津附近的Culham核聚變能源中心的科學家將為球形托卡馬克能源生產(STEP)做出詳細的設計,后者是一個能夠產生數百兆瓦凈電能的工廠,最早在本世紀40年代初建成并投入使用。如果決定繼續建造該設施,費用將高達數十億英鎊。

管理Culham核聚變能源中心的英國原子能管理局(UKAEA)的STEP項目主管Howard Wilson表示,“這是一個雄心勃勃、充滿冒險精神的項目,但我認為核聚變項目必須如此。”

氫原子與氦的核聚變過程為太陽提供能量,這預示著清潔能源的無限供應。但是,迄今為止,還沒有任何設施能夠產生比所需更多的能量。位于法國南部的國際ITER實驗計劃在2035年實現這一目標。STEP項目的目標則更進一步——建立一個能夠利用核聚變發電的工廠。只有ITER成功了,科學家才能知道像STEP這樣的商業工廠原型是否真的可行。

ITER一樣,英國計劃中的設施將基于“托卡馬克”式的設計,利用磁場來限制氫、氚和氘等重同位素的等離子體,這些重同位素在極端高溫和高壓下發生聚變。但是,鑒于ITER的托卡馬克是甜甜圈形狀的,STEP將使用一種自20世紀90年代以來在英國試驗的方法——將過熱的氣體保持在一個更緊湊的蘋果核形狀中。

科學家希望這個直徑約10米的小型設施將被證明更便宜。但其體積的縮小也會帶來一些問題,比如如何在更小的表面積上控制等離子體的極端熱量。

美國劍橋麻省理工學院等離子體物理學家Anne White說,建造一個更緊湊的托卡馬克是一個有風險的選擇。物理學家相信ITER的托卡馬克將按計劃工作,因為它的設計已經被廣泛研究過。但White表示,對于球形托卡馬克來說,還有許多未知因素。“這意味著風險更大,但另一方面,這也可能意味著有更多東西需要發現,或者有更多東西需要優化。”

英國只是眾多計劃建造商用反應堆的國家之一。歐洲版的ITER實驗反應堆DEMO計劃在本世紀50年代投入使用。世界各地的許多公司也希望實現更緊湊的設計。

STEP的資金來源于去年10月時任首相特蕾莎·梅政府宣布提供的2000萬英鎊,該政府為第一年的設計提供了資金。Culham中心首席執行官兼UKAEA主管Ian Chapman表示,2024年后,該設施的后續開發階段將涉及公共和私人投資。

英國未來在ITER中扮演的角色仍不確定,因為它的成員身份來自歐洲原子能共同體,而英國政府計劃在該國退出歐盟時退出該共同體。30多年來,Culham中心一直主持著由歐盟資助的歐洲聯合環形加速器項目,該項目為ITER測試燃料技術。

Luce說,盡管政府說它希望找到一種方法保持其在ITER中的存在,但STEP的投資有助于確保英國在核聚變方面的長期專業知識不會過時。他補充道:“為了從ITER的投資中獲得回報,各國需要國內的專業知識和一條前進的道路。”

然而,Chapman堅持認為,STEP計劃并不意味著英國試圖單干。他說,ITER7個合作伙伴——中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國都在致力于設計商用反應堆、建立供應鏈和發展國內專業技術,以推進下一階段的核聚變發展。“我們不應該把STEP視為拒絕國際合作的跡象。”(趙熙熙)


《中國科學報》 (2019-10-14 2版 國際)

 

 

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