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研究人员建议,ITER的关键部分——被称为偏滤器的排气系统必须能经得起高温,应用钨制材料取代原先的涂碳层。
国际热核实验反应堆(ITER)聚变反应堆项目的科学顾问近日建议,更改几个可能增加技术风险的关键设计。这一建议由ITER科学和技术咨询委员会(STAC)提出,正在等待ITER委员会的批准。如果该建议得到批准(正如人们所预期的那样),“之后发生惊喜的几率将会减小,”ITER建模部门主管AlbertoLoarte说,“这次冒险将会取得成功。”
作为一个国际科研合作项目,ITER建造于法国,旨在表明核聚变是可控的,能够用于生产能量。但是实现这一目标包括一系列技术难题,例如加热氢气至1.5亿℃以便氢原子核有足够的驱动力融合在一起。为了做到这一点,研究人员正在建设一个巨大的名叫托卡马克装置(一种受控热核反应装置)的圆环形容器,以限制电离气体或等离子体使用强磁场。ITER的目标是利用等离子体产生500兆瓦(MW)的热量,而加热等离子体只需要其十分之一的热量——50MW。这种乘数效应是惊人的。
STAC会议上决定的针对ITER项目最显著的变化是基于托卡马克装置的结构变化——被称作偏滤器。它的主要功能是移除氦气(是聚变反应的“废气”)。偏滤器是整个装置中超热等离子体唯一能接触到的固体表面,因此它必须能吸收大量的热,差不多每平方米10MW。
现有的计划要求为ITER的首个偏滤器配备外层碳装置。这出于一种安全考虑:在托卡马克装置内部,碳是行之有效的;碳能禁得起高温;如果发生爆炸进入等离子体,装置内温度不会受到大的影响。然而,碳的真正问题在于,它很容易和氢气发生反应。在ITER运转的早期,这并不是一个大问题,当时研究人员计划用机器中的氢气或氦气来摸清ITER的工作原理。在之后的阶段,当研究人员准备采用真正的聚变燃料(高度活跃的氢的同位素重氢和超重氢的混合物)时,涂碳层变成了一个大问题。超重氢具有放射性,因此需要小心控制。从安置角度来看,核监管机构永远不会考虑一个能够吸收超重氢的偏滤器材料。
为解决这个问题,规划人员提议先使用有涂碳层偏滤器的ITER,之后再转为用钨制作的偏滤器。钨是熔点最高的金属:3422℃。在正常、稳定操作ITER的情况下,钨能耐住高温。但是任何出乎意料的爆炸而产生的热量可能熔化偏滤器,而钨不像碳(碳能立即破坏等离子体,停止熔化)。因此当使用钨制偏滤器时,研究人员在操作反应堆时需要更加小心谨慎,避免极限操作从而使等离子体变得不稳定。
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