領軍解讀|萬元熙院士:中國(磁約束)核聚變能發展路線圖
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2019-2020年度工業設計領軍班合影

中國(磁約束)核聚變能發展路線圖

- 2019.09.22 -

2019-2020年度工業設計領軍班

“設計智能”課程解讀專欄

中國工程院萬元熙院士

中國(磁約束)核聚變能發展路線圖

今天,我們將跟隨萬院士一起

探索未來能源之路

專家介紹

萬元熙

中國工程院院士

國際著名磁約束核聚變專家、中國工程院院士。從事磁約束核聚變研究四十多年,為國際聚變研究和中國在這一研究領域進入國際前沿做出重大貢獻,2009年當選為中國工程院院士。曾任中國科學院等離子體物理研究所所長、國家九五重大科學工程EAST超導托卡馬克核聚變實驗裝置項目總負責人、中國科學技術大學核科學技術學院首任院長、 國際熱核聚變實驗堆(ITER)科學技術顧問委員會主席、ITER總體控制和協調中方代表。

課程導入

太陽上的巨大能量來源于核聚變反應,氫彈的成功爆炸表明在地球上通過氛氖聚變也可釋放出巨大能量。氫的同位素氖存在于海水中,地球上僅海水中就含有45萬億噸氘,足夠人類使用上百億年,比太陽的壽命還要長。由于不產生二氧化碳和二氧化硫等有害氣體 , 反應產物是無放射性的惰性氣體氦而且反應過程中也不產生長壽命的放射性廢物,因此,核聚變能是人類可持續發展最理想的清潔能源。

課程解讀

1.原子核—兩種核反應—聚變核能和裂變核能

核裂變和核聚變是大量獲得核能的兩種途徑,一克鈾235(核裂變燃料)約等1.8噸石油,一克氘-氚(核聚變燃料)  約等于8噸石油。1964年10月14日,中國成功爆炸第一顆原子彈;1967年6月17日,中國成功爆炸第一顆氫彈,表明兩種核能已經得到重大應用。

基于裂變核反應國際上已建成數百裂變電站,我國裂變核電站也在迅速發展,到2020年將有 70 ~ 100 個百萬千瓦機組建成。

各種一次能源的比較:一個1000MW的電站一年正常運行需要消耗掉250萬噸煤炭或130萬噸石油,排放出大量的二氧化碳;如果用裂變核電站,也需要30噸的鈾礦所提煉出來的鈾燃料,并且會產生28噸左右的高放射性廢物;假如用太陽能發電,至少需要征用3萬畝的土地,還要考慮如何將太陽能儲存起來,以便晚上以及雨天等沒有太陽的情況下使用;倘若核聚變能夠發電,核聚變電站建立成功,一共只需要半噸的聚變燃料,而反應的產物沒有任何長壽命的放射性產物,只有450kg左右的惰性氣體--氦。

2、開發聚變能—人類夢想—理想新能源

• 聚變能—人類夢想

能否在地球上像太陽一樣,通過聚變能的開發研究,實現可控熱核聚變反應,建造許多聚變電站,獲得清潔、安全、無限的聚變新能源?

• 理想新能源

相對于化石能源和裂變核能,聚變核能是人類未來更理想的新能源。

3、磁約束聚變—托卡馬克—重大進展—ITER

• 用磁場來約束等離子體中帶電粒子的運動,主要為可控核聚變提供理論與技術支持,其主要形式為托卡馬克裝置。

• 磁約束聚變托卡馬克實驗取得重大進展,在磁約束托卡馬克上開發聚變能的科學可行性得到了實驗證實。

• 我國決定與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共建國際熱核聚變實驗堆(ITER)。

4、中國貢獻—中國路線圖—CFETR

• 從50年代開始中國磁約束聚變得到快速發展,中小裝置上的預實驗研究取得重大進展,獲得101秒高約束穩態等離子體,實現世界最長101.2秒高約束放電

• ITER 7 個合作伙伴分別承擔的采購包,中方的進展最好。

• 我國已具備研制超導材料、超導導體、超導磁體和超導引線能力 ,ITER 電源系統研制和實驗取得重大進展。

• 聚變工程關鍵技術國際領先,等離子體所聯合體承擔ITER總裝核心任務。

• 中國路線圖的核心內容—設計和建造CFETR,開發出具有實用意義的聚變新能源。

5、聚變能的開發和產業的重要互動

超導聚變堆主機最具挑戰性的兩個重要系統:

(1)大型復雜超導磁體系統

(2)偏濾器系統

聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施:

(1)超導磁體測試研究平臺

(2)偏濾器測試研究平臺

聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施獲得國家重大科技基礎設施“十三五”建設項目支持,總體經費約60億。

6、國家綜合性科學中心城市—聚變在合肥

• 聚變能的開發得到安徽省和合肥市的大力支持,綜合研究設施將建在合肥生態環境最好的地方。

• 聚變堆園區在合肥建設成功,園區擁有一流的設施與一流的隊伍。

課程結語

目前,中國乃至全世界都面臨著能源短缺和環境污染問題,實現核聚變能源不僅是中國的夢想,也是全人類的夢想。在這條道路上,中國正從“追趕者”、“并跑者”,成長為具備強大國際輸出能力的“領跑者”,并將在提高中國國際影響力、感召力、塑造力方面發揮聚變人的作用。無數科學家如萬元熙院士一般,幾十年如一日地在崗位上堅守著,盼望著核聚變能的第一盞燈會在中國點燃,這份精神值得我們敬仰,同時也令我們為之動容。

工業設計領軍人才工作組

聯  系 人:孟老師、杜老師

聯系電話:183 5704 0960、186 1208 1451

電子郵箱:[email protected]

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