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        世界最大的核聚變反應堆為清潔能源帶來希望

        強大的全新鋼制托卡馬克反應堆致力于最終實現核聚變發電的宏偉目標。

        在法國普羅旺斯地區深處,憑借其有利的地質、水文和地震條件以及便捷的供水供電優勢,坐落著一個占地180公頃的龐大設施,這是國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)的容身之地。

        傳統發電廠是將化石燃料燃燒或者核裂變釋放的熱能轉換成蒸汽,以蒸汽推動渦輪機旋轉,將機械能轉換為電能。這兩種方法雖然都是可靠的動力來源,但他們卻會通過排放或放射性廢棄物對環境產生影響。

        然而,如果有一種方法可以在不產生有害共生產品的情況下生成這種熱能將會如何?這就是核聚變發電的夢想!目前正在開展一項通過原子聚變產生大量能量的實驗。

        與太陽發熱發光的過程一樣,兩個氫原子碰撞在一起,結合成一個氦原子,發生聚變。聚變過程在不產生放射性裂變產物的情況下產生大量能量。

        創建這一過程要面臨嚴峻的工程挑戰,因為聚變反應必須精準控制在正在產生大量能量的空間內。

        鋼制真空室中的能量

        在ITER設施中正在建設世界上最大的托卡馬克反應堆。這臺實驗機器是以上世紀60年代蘇聯模型為基礎開發的,在其中心有一個環形真空室。

        這個真空室重5200噸,體積為1400立方米,是迄今為止同類中最大的。因此,物理學家們在操作過程中更容易控制產生有效聚變能所需的反應。

        ITER的實驗將在這個鋼制真空室內進行,包括聚變反應。該真空室完全密封,是主要的安全防護屏障。在真空室內,氫燃料承受著巨大的熱量和壓力,轉變成熱的帶電氣體,即等離子體。

        這種真空環境提供了輻射屏蔽,并能支持等離子體的穩定性,而在雙層鋼壁之間循環的冷卻水系統安全地去除了反應堆反應時產生的熱量。這一點至關重要,因為核聚變反應所需的溫度在1.5~3億攝氏度之間。

        磁場的能量

        真空室內部呈環形,使得內部的等離子粒子在不接觸鋼壁的情況下連續循環。這種超熱等離子體被由1萬噸超導磁體產生的磁場控制在托卡馬克反應堆里。

        當溫度保持在-269℃時,ITER能夠產生比傳統磁體更強的磁場,它使用“高性能、內部冷卻的超導體”,其中的超導線捆綁在一起,裝在結構性鋼套中。

        這種產生磁場的方法也比其他方法更便宜,能耗更低,因而成為支持核聚變發電所需的大型磁體系統的唯一可行選擇。

        真空室及其超導磁體系統都處于ITER低溫恒溫器內,里面可提供超低溫真空空間。真空室的空間有16,000立方米,是迄今已建造的最大的不銹鋼高真空壓力室。

        反應堆內的極端溫差,使不銹鋼成為一種理想的材料選擇。由于能在高溫和低溫下保持性能不變,還具有高延展性和硬度,不銹鋼成為ITER不可替代的組成部分。

        預計托可馬克裝置將于2025年投入運行,聚變物理學家希望這將是發電行業的一次巨變。雖然近乎無限的清潔能源前景不可預測,但是如果我們能夠實現商業化的核聚變,我們利用鋼的力量來實現持續能源的前景就已經清晰可見了。


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