可控核聚变
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1.2023年8月25日下午,第一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,再次刷新我国磁约束核聚变装置运行纪录;
突破了等离子体大电流高约模式运行控制、高工能率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制关键技术难题,是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑,标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。
2.2022年12月13日,美国能源部宣布其NIF装置点火成功,并实现了核聚变“净能量增益”,在理论上验证了核聚变商业化的可能性。
3.全球规模最大的核聚变反应堆JT-60SA成功点火,成为实用核聚变能源曼城发展进程中的一个里程碑。
题材基本面介绍:
核聚变,即轻原子核结合成较重原子核,发生质量亏损并释放巨大能量的过程。核聚变发电技术作为一种清洁能源,具有能量密度大、功率大、原料来源广泛和安全性较裂变发电更高等优势,因此被广泛认为是能源问题的最终答案,得到世界各国的重点关注和持续研究。
约束方式主要分为磁约束与惯性约束,由于核聚变需要上亿度的高温,目前没有任何材料可以承载聚变反应,因此只能采用特殊的方法来约束和控制。目前主要有三种约束方法,磁约束、惯性约束和重力约束。
目前世界上最具代表性的可控核聚变实验堆是国际热核聚变实验堆(ITER),建成后将为示范堆和商用堆的设计提供技术支持。2006年,中、美、俄、欧、日、印、韩签署合作建造ITER的政府间协议启动实施ITER计划。
除此之外,各国也进行了独立的研究,具有代表性的可控核聚变研究装置包括中国EAST和HL-2M、美国TFTR和NIF、德国W7-X、欧洲JET、日本JT-60U等,世界范围内核聚变实验装置超过100台。
截至2023年年初,商业核聚变公司共43家,较2022年增加了13家,核聚变公司吸引的投资额也在不断增加,且近两年增长趋势明显。
截至2023年年初,全世界核聚变公司吸引了超过60亿美元的投资,较2022年初的总投资额增加14亿美元,较2021年初的总投资额增加了40多亿美元。
可控核聚变项目产业链环节较多:
在上游,聚变堆建造需要一些特种金属,如第一壁需要熔点较高、导热性好的钨;超导线圈需要铜、铅等元素,超导带材还需要多种其他元素;燃料中的氘可以通过提取并电解重水等方式制备,而氦则需要通过热中子轰击锂 6 进行增殖;
在中游,需要部件加工、生产、装置组装,汽轮机、蒸汽发生器的生产和制造;等离子体仿真、装置设计、聚变控制需要开发相关软件;
在下游,需要进行聚变堆的运营和维护。