中国高温气冷核反应堆技术获得重大突破!

mqwusy 收藏 0 246

中国的高温气冷核反应堆可以完全停机,实现核潜艇的超静音。

4月,一个越洋长途电话打到了清华大学核能与新技术研究院(下称核研院)。美国《纽约时报》记者向核研院院长张作义了解10兆瓦高温气冷实验堆的建设和运行情况,并就未来核电站的发展问题进行了采访。这个引起美国媒体关注的试验堆就是国家“863计划 ”项目:10兆瓦高温气冷实验堆氦气透平发电项目。 [ 可能有不少人觉得,一个中国的科研项目被外国记者采访并不是什么新鲜事。但核研院的高温气冷堆被美国媒体关注却有其特殊的意义。首先,美国核专家认为清华的高温气冷堆发电装置是目前世界上最安全的核电装置,美国人称“这种安全的反应堆是一个真实的神话”;其次,在石油、天然气日益紧缺的今天,用氢做燃料被科学家们普遍看好,只不过制氢所需要的巨大能量使其成本太高,而清华的高温气冷堆能以很低的成本提供相对巨大的能量,从而大幅度降低制氢的成本。仅此两点就不难理解为什么美国人对这个中国的“863计划”项目如此关心了。


15年前已让美国人心服口服 1994 年9月30日上午10点08分32秒。清华大学核研院。来自30多个国家的60多名核能专家和国际原子能机构的官员纷纷屏住呼吸,静静地察看着10兆瓦高温气冷实验堆开始的核安全演示。工作人员通过操作让核反应堆冷却剂循环风机停止工作,立刻反应堆向外传输热量的能力丧失了。要知道,核反应堆在停堆之后还会继续产生热量,而不是像锅炉熄火后便不再产生热量。这个热如果不加以冷却,反应堆就可能发生堆芯熔化、放射性外泄的严重事故,这也是核安全的最主要的技术挑战。循环风机刚一停止工作,报警声便剌耳地响起,中外宾客瞪大眼睛盯住显示屏上的变化,只见正常运行的曲线急剧下降,反应堆的热功率由3000多千瓦降为几百千瓦,最后反应堆发热维持在正常运行时的1.5%%左右。这表明热量通过反应堆压力壳的表面自动散发到周围环境中,而不需要任何附加的冷却系统。 核研院的这一实验展示了模块式高温气冷堆的一个最重要特性:在任何事故情况下,包括丧失所有冷却的情况下,不采取任何人为的和机器的干预,反应堆能保持安全状态。我国已经掌握核电站的最新一代技术。 美国麻省理工学院教授、美国核学会前任主席克达克先生对清华核研院的这一安全演示给予极高的评价:中国这个满功率运行的球床模块式实验反应堆是目前世界上唯一的一座,它的技术及安全水平已走在了世界的前列,美国希望从这个实验堆中学到更多的东西 人类的终极能源 在众多的未来学预测、科幻小说以及电脑模拟游戏中,核聚变能的利用往往被视为人类最重要的“终极”科技之一。理由显而易见:它几乎是人类能源问题一劳永逸的解决方案。


现在,人类正在向这一终极能源大步挺进。随着今年11月21日,欧盟、美国、中国、俄罗斯、日本、韩国和印度七方在巴黎正式签署协议,启动国际热核聚变实验反应堆(ITER)计划,我们的社会有可能在未来发生翻天覆地的变化。


聚变能是核能的一种。一个重原子核会分裂成两个较轻的原子核,同时释放出能量,这叫做“裂变能”,典型的例子是原子弹。反过来,两个轻原子核也可以聚合成一个较重的原子核并释放能量,这才是“聚变能”,典型的例子是氢弹。


人类对于原子内部的认识始于上个世纪初,并且已经对核能进行了初步的利用。例如今天,核电厂为全世界提供约16%的电力。但是,这其中运用的都是裂变能,最常见的“燃料”是称为“铀”的重金属。平时我们说起“核能”,一般指的就是“裂变能”。


由于各种原因,在民众中对裂变能的利用存在着一种恐惧和排斥的态度,最常见的指责是安全上的隐患以及产生的核废料问题。虽然其实并没有证据显示核电厂比普通电厂造成了更多的危害(以平均每个发电单位来说,水电造成的事故死亡人数是核电的100倍,煤则是40倍,天然气是10倍),但这种反弹构成了一种政治压力,使得许多欧洲国家放弃了裂变能的使用。而从未来资源的角度讲,地球上铀的储量和煤炭、石油一样,是相当有限的(“有用”的其实只是它的一种稀有同位素),因此裂变能根本上并不能解决能源问题的“百年大计”。


但聚变能则完全不同,它既清洁又安全,完全不产生温室气体和难以处理的核废料,从原理上讲,也不可能造成类似切尔诺贝利的灾难性事件。最关键的是,它的“燃料”几乎取之不尽用之不竭,最基本的是氢的两种同位素,称为氘和氚,它们大量地存在于海水之中。而每一公升海水中能够提取的“燃料”,大约能够提供260公升汽油燃烧产生的能量总和。简单的计算表明,按目前的需求量,单单地球的现有资源便至少可以满足人类6000万年的需求。假如我们能换用另一种稍复杂的核反应方式,这个数字更可以提高到1500亿年,远超宇宙的寿命!真可以说是千秋万代了。


事实上,聚变能可以说是宇宙中最基本的能量来源之一。我们的太阳之所以能够燃烧了约50亿年,靠的就是内部的核聚变反应。人类如能掌握聚变能,等于就是掌握了太阳和恒星那几乎永恒的能量。


不过,这样的蓝图虽然诱人至极,但要实现它却有着难以想象的困难。人类至今唯一人工取得的大规模聚变能是通过氢弹爆炸的方式,而要想使它能够为我们所用,比如说发电,则必须设计出控制其稳定输出的方法。两个轻原子核并不会无缘无故就聚合在一起,而必须在极端的高温和高压下,这时气体会产生电离,进入所谓“等离子体”的状态。如何容纳这些极其高温的等离子体是一个大难题,人们一般用螺旋管形的磁场来禁锢它,这种设计称为“托卡马克”(tokamak)。在此基础上,好几个国家都展开了自己的可控核聚变研究试验,其中包括我国的EAST,它是目前世界上最为先进的核聚变反应装置之一。但是,距离终极的目标仍然还有漫长的道路要走。


如今的科学研究已经和100年前完全不同,由于科学技术发展到了如此复杂的地步,哪怕大部分基础研究也很难凭借个人的力量去独立完成,而必须采用团队合作的方式。伟大的科学工程与计划在人类的发展史上曾写下过不朽的篇章,曼哈顿计划、阿波罗计划等等都至今为人津津乐道。但到今天,一个项目往往需要耗费极大的人力、物力和财力,以至于凭借单独一个国家的力量都难以完成,必须采取国际合作的方式。我们耳熟能详的国际空间站计划、人类基因组计划、欧州加速器计划和伽利略计划等等都是其中的典型。在核聚变研究上,世界各国也不得不联手攻关,国际热核计划(简称,ITER,这个字在拉丁语里同时有“道路”的意思)便应运而生了。 ITER只是我们最终征服聚变能道路上的一小步,它主要是一个实验性的计划,希望能建成一个以稳定的功率输出500秒以上的示范反应堆,并验证一些关键技术的可行性,为将来发展进一步的聚变反应堆作铺垫。尽管如此,完成它也至少要花30年的时间,耗费高达120亿美元———这是史上投资最为高昂的科学计划之一,仅次于国际太空站和曼哈顿计划(考虑到通胀因素的话)。虽然代价巨大,但如果成功,未来的收益却几乎是无限的。


一些媒体在报导时,说ITER又称为“人造太阳”计划,但实际上ITER并没有这个外号。如果有这个称呼的话,那也一般是指我国的EAST。再说这个外号也毫不准确,除了会引起许多望文生义的误解外,事实上,可控核聚变要比人造太阳难度大得多(要说“人造太阳”早就有了,氢弹就是)。除了要在高得多的温度下运作外,它等于是要人工控制“太阳”产生的所有能量以供利用,并且必须压缩在一个适当的空间内进行。


即便完成了ITER计划,我们离完全掌握聚变能的时代还差得远。一般预计,完整意义上的核聚变发电站可能不会在2050年之前出现,而真正要投入到商业运营中,则更不知要到什么时候。甚至这到底是不是一个可行的方案,我们也还没有100%的把握来最终断定。有批评认为,不应当把如此巨大的资源投入到一个遥不可及的课题上去,而应该优先发展另一些有立竿见影效果的可再生能源,如风能、太阳能等。《自然》杂志11月30号的一篇文章批评说,因为对聚变能前景过分乐观的信任,我们关于其它能源的研究都处在滞后的状况下。


另有一些科学家声称,核聚变甚至可能在室温的条件下发生!这引起了学界极大的争议,许多人认为这是虚假的,至今尚无定论。但如果这种情况真的可能发生,那我们无疑将在聚变技术领域内迈出飞跃性的一步,聚变能利用的实现之日将大大提前。


不管怎么样,也许核聚变技术的最终成熟并不是我们这一代人所能亲眼目睹的事情,但它无疑将对人类的未来产生极为重要的冲击。一旦我们能够拥有近乎无限的能源供应时,整个社会生活将会发生怎样的变化,这一定是一个非常有趣的话题。

0
回复主贴

相关推荐

聚焦 国际 历史 社会 军事
0条评论
点击加载更多

发表评论

更多精彩内容

热门话题

更多
广告 现代战争即时战略:有坦克 有航母 有战机

经典聚焦

更多
发帖 向上 向下
广告 关闭