从EAST到CFETR, 未来聚变堆的展望和预期(拜托版主别再转 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 06:18:13
写给版主的话:
       已经有好多好多我的关于聚变堆的帖子被版主转到科学版了, 聚变堆本身就是军民两用的技术, 而且是未来星际航天领域的核心动力源, 为什么在这个版不能讨论呢? 大家更多的人了解并熟悉, 对于这个行业的进步和未来人才的储备都是非常好的事情, 而且我国在这个领域已经取得了一部分世界第一的成就, 我们这些人不是从事这个领域的, 但是我们通过宣传, 让更多的人了解, 更过的青年科学家能够进入这个领域, 能够早日实现人类的能源革命, 这对我们每个人都是有意义的. 希望版主再转贴时能够考虑我的意见.

      开这个帖子是总结一下到目前为止对聚变技术领域发展的观察和认识, 欢迎大家广泛讨论.

      聚变堆意味着一场未来的能源革命, 代表着我们跨入宇宙文明的门槛技术, 代表着人类种族能够在地球上继续延续几百万,几千万年, 而不像恐龙一样被自然的力量所突然灭亡的能力.

      聚变是一种清洁的一次能源, 原料可以直接从海水中提取, 在地球\木星及其的几个卫星中都大量的存在, 几乎可以说取之不尽, 可以彻底解决人类未来几千万年发展的能源瓶颈, 核聚变是人类已知领域能量密度最高的反应, 即时最初等的氘氚反应, 也高于目前最好的轻水堆几百倍, 未来一个中等规模的聚变电站, 每月一卡车燃料就可以满足一个1000万人口的城市的能源需求.

      按现在掌握得信息, 聚变电站最可能得初级运行模式是: 用一个巨大的超导磁笼, 把氘氚注入, 用多种射频波加热燃料, 达到数千万度的稳定等离子态, 然后用中性束注入打入强中性束粒子, 把等离子态的物质迅速加热到1亿度以上, 氘氚会发生聚变, 形成一个氦原子核和一个高能中子, 高能中子打入内壁的液态锂铅合金层内, 与液态壁层内的锂原子核发生碰撞, 重新形成氚, 这些氚随着液态壁层得流动, 会被一个特殊的分子筛过滤后收集,作为反应堆的燃料重新加注到反应堆中, 而这个形成氚的核反应会给液态壁层带来大量的热量, 液态壁层通过一个泵不断的循环, 这些热量会通过一个热交换系统与外壁的水套发生热交换, 而交换后形成的水蒸气就会推动一个燃气轮机发电. 在磁笼中的第一步聚变反应后的氦在积累一定量之后, 会干扰后续反应, 并消耗能量, 所以需要排出反应堆, 所以需要一个反应堆排灰的过程, 所以聚变堆需要在微波维持高温稳定的等离子体的基础上,  用中性束不断的维持点火-反应-排灰的循环. 就好像类似一个内燃机的汽缸.
     未完待续...写给版主的话:
       已经有好多好多我的关于聚变堆的帖子被版主转到科学版了, 聚变堆本身就是军民两用的技术, 而且是未来星际航天领域的核心动力源, 为什么在这个版不能讨论呢? 大家更多的人了解并熟悉, 对于这个行业的进步和未来人才的储备都是非常好的事情, 而且我国在这个领域已经取得了一部分世界第一的成就, 我们这些人不是从事这个领域的, 但是我们通过宣传, 让更多的人了解, 更过的青年科学家能够进入这个领域, 能够早日实现人类的能源革命, 这对我们每个人都是有意义的. 希望版主再转贴时能够考虑我的意见.

      开这个帖子是总结一下到目前为止对聚变技术领域发展的观察和认识, 欢迎大家广泛讨论.

      聚变堆意味着一场未来的能源革命, 代表着我们跨入宇宙文明的门槛技术, 代表着人类种族能够在地球上继续延续几百万,几千万年, 而不像恐龙一样被自然的力量所突然灭亡的能力.

      聚变是一种清洁的一次能源, 原料可以直接从海水中提取, 在地球\木星及其的几个卫星中都大量的存在, 几乎可以说取之不尽, 可以彻底解决人类未来几千万年发展的能源瓶颈, 核聚变是人类已知领域能量密度最高的反应, 即时最初等的氘氚反应, 也高于目前最好的轻水堆几百倍, 未来一个中等规模的聚变电站, 每月一卡车燃料就可以满足一个1000万人口的城市的能源需求.

      按现在掌握得信息, 聚变电站最可能得初级运行模式是: 用一个巨大的超导磁笼, 把氘氚注入, 用多种射频波加热燃料, 达到数千万度的稳定等离子态, 然后用中性束注入打入强中性束粒子, 把等离子态的物质迅速加热到1亿度以上, 氘氚会发生聚变, 形成一个氦原子核和一个高能中子, 高能中子打入内壁的液态锂铅合金层内, 与液态壁层内的锂原子核发生碰撞, 重新形成氚, 这些氚随着液态壁层得流动, 会被一个特殊的分子筛过滤后收集,作为反应堆的燃料重新加注到反应堆中, 而这个形成氚的核反应会给液态壁层带来大量的热量, 液态壁层通过一个泵不断的循环, 这些热量会通过一个热交换系统与外壁的水套发生热交换, 而交换后形成的水蒸气就会推动一个燃气轮机发电. 在磁笼中的第一步聚变反应后的氦在积累一定量之后, 会干扰后续反应, 并消耗能量, 所以需要排出反应堆, 所以需要一个反应堆排灰的过程, 所以聚变堆需要在微波维持高温稳定的等离子体的基础上,  用中性束不断的维持点火-反应-排灰的循环. 就好像类似一个内燃机的汽缸.
     未完待续...
谢谢科普
哈哈,franklin2005急眼了,科学版人气太差了,其实航天二炮版也没几个人啊,还是畅谈、空军和讨论那几个版人才多啊。

前2天的这个消息虽然重大,不过好象只是个序幕啊,明年初的真正聚变实验才是将震惊世界的大动作吧——真正实现可控聚变将是人类的又一次颠覆性的能源革命和技术革命
用汽轮机效率太低了吧,从等离子体环流中直接导出电子和质子就可以形成电流了。效率翻3倍的。而且也有这样的发电模型,不过是核裂变的。
核裂变有种方式可以接近极限,达到百万秒比冲;
第三种为基于磁约束等离子体微尘核裂变反应方案。将核燃料制成直径数纳米量级的微尘形式,让足量燃料微尘的表面带电后约束于强磁场中并引发核裂变反应。裂变产物以等离子体形式存在,其中的大部分继续被磁场约束 ,  而部分动能足够高的产物离子可以挣脱磁场的约束并在中和后直接喷出而形成推力 ,或者用于发电。此方案能够获得的比冲接近核裂变反应的理论值,并且因为发电原理是动能带电粒子与电磁场的直接能量交换而非卡诺热机型热电转换 ,所以可获得近9 0 %的核能 一电能转换效率。这是目前为止最为先进的核热推进方案 ,  近十年来进行了大量的理论分析和原理实验研究,并取得了显著进展。  


我想核聚变是一个道理,只是温度更高,更难控制。
playfish 发表于 2012-7-13 11:29
用汽轮机效率太低了吧,从等离子体环流中直接导出电子和质子就可以形成电流了。效率翻3倍的。而且也有这样的 ...
理想的聚变等离子体里不含有质子,而是氘核、氚核以及产物氦核。 

另外,氘氚反应的大部分能量在产物中子上,不在氦核上。
太阳是高温高压的

地球没有高压。 光升高温度, 也是有个极限。

发电持续不了
等楼主科普。
playfish 发表于 2012-7-13 11:29
用汽轮机效率太低了吧,从等离子体环流中直接导出电子和质子就可以形成电流了。效率翻3倍的。而且也有这样的 ...
谁都知道这样效率高,问题是1:没有任何材料可以做这个方式的电极,都被直接轰成渣了。2:聚变反应堆本身就是一个磁场超高区域,如果利用电磁效应转换会面临非常严重的相互干扰
我刚刚问了一个学物理的博士(但不是这方面的),他说首先他对这样的成就感到惊讶,因为我国这方面的人才在九十年代的时候流失严重,很多都经商了,是在零八年后才开始重视该领域。另外他指法国和日本在这方面的技术是领先的。第二,他说411秒是相当了不起的,但是一个发动机每四百多秒就熄火的话,,离商业化还是有一段距离的。最后他还是乐观评估了一把,说如果消息属实,那么说明我国这方面相当具有竞争力了。
ppclppcl 发表于 2012-7-13 12:03
理想的聚变等离子体里不含有质子,而是氘核、氚核以及产物氦核。 

另外,氘氚反应的大部分能量在产物 ...
D-T产生的14MeV快中子很恶心,带走很多能量还会严重损害堆壁
SSN19 发表于 2012-7-13 13:16
D-T产生的14MeV快中子很恶心,带走很多能量还会严重损害堆壁
就指望这些快中子产氚和发电呢
又是一个潜力科普贴。占座留名!
四百多秒和28秒的对比相差太明显了,就是不知道使用的方法是不是还有潜力继续下去?
lancer86 发表于 2012-7-13 13:30
四百多秒和28秒的对比相差太明显了,就是不知道使用的方法是不是还有潜力继续下去?
什么意思?  EAST  400s?
哪个 28s?
对这个领域不懂,小白我有个疑问,我感觉他们实验进度好慢,好像一年才做一两次实验似的,east都几年了才400秒2000万度,离设计之初要求的1000秒1亿度,还差好远,为什么不争取一步到位,而要一点一点的来呢。
yunque2005 发表于 2012-7-13 14:15
什么意思?  EAST  400s?
哪个 28s?
日本JT-60U装置(已退役)曾在2003年利用强流中性束加热实现一次28秒的高约束等离子体放电。
这次是之前的记录
pershine 发表于 2012-7-13 14:57
对这个领域不懂,小白我有个疑问,我感觉他们实验进度好慢,好像一年才做一两次实验似的,east都几年了才40 ...
一步到位意味着成倍的危险,路还是要慢慢走的,才踏实。
lancer86 发表于 2012-7-13 15:01
日本JT-60U装置(已退役)曾在2003年利用强流中性束加热实现一次28秒的高约束等离子体放电。
这次是之前 ...
400s  不是高约束放电

是 2000万度 偏滤器放电!
不是很理解
这个东西哪怕不发电用处都大的可怕。
这东西是处理垃圾的神器。
乱七八糟的有毒有害废物进去。出来的是氮气,二氧化碳这种无毒的气体。和少量的金属氧化物灰分。
这些金属灰分都是纳米级的颗粒物。全都是宝
EAST: 目前世界唯一的一台, 在运行的, 非圆截面的全超导托卡马克装置, 之所以是装置, 就是说很不完善. 这里说一下全超导和非全超导的最大区别, 全超导可以保持稳定的长时间地超强磁场, 其中的等离子体可以稳定运行,而非超导得装置, 因为线圈产热太大, 即时再好的冷却装置, 也只能维持最大磁场强度几秒到几十秒钟, 所以其他非超导的都是脉冲式的, 即时达到等离子体高约束状态, 也是无法长时间维持的, 必须关机, 冷却, 再开机, 真正能够未来长时间稳定运行的只有类似EAST的结构.

CFETR: 这个是工程堆, 没错, 能够发电的测试实际使用的工程堆, 它的组成,起码包括1 类似EAST的超导核心反应腔+2 多种辅助加热装置(中性束+微波+电子回旋加热)+3 液态锂铅循环并能收集氚的内壁层+4 外循环热交换水套+5 燃气轮机发电设备.  现在最难的1接近搞定, 2 预计明年准备好开始实验 3 工程堆主要攻关方向 4 5成熟系统没啥难度

    根据目前进度, 个人预测, 明年我们可以开始进行第2步, 这步是真正关键的, 是真正的聚变. 其实实验室完成聚变并不是难事, 欧洲早就干过这种霸王硬上弓的事儿, 巨大的中子炮直接轰上, 温度超过3亿度, 测到了聚变反应, 其实只要电流密度达到1兆安, 氘氚的等离子体加热到1亿度以上, 维持1秒钟以上理论上就能产生聚变反应, 聚变最大的问题维持, 如何维持更长的时间, 让反应可以自持, 等离子体可以维持才是最重要的. 我们在EAST上有点独辟蹊径的感觉, 利用特殊的微波, 在没有中性束和电子回旋加热条件下就把等离子体加热到了2000万度, 并稳定维持了400多秒, 我们可以乐观的预期, 再加上强大的中子炮, 温度上1亿度并不是个太大的难题,  但是在中性束注入后, 会原有稳定的等离体会不会有影响, 高模状态有没有影响, 应该还需要观察. 所以在EAST的辅助加热装置上线后的实验更加关键.
EAST: 目前世界唯一的一台, 在运行的, 非圆截面的全超导托卡马克装置, 之所以是装置, 就是说很不完善. 这里 ...
多谢楼主科普。
那楼主能否乐观估计下商业运行的时间?(50年?)
kaokao1943 发表于 2012-7-13 16:41
多谢楼主科普。
那楼主能否乐观估计下商业运行的时间?(50年?)
据目前最乐观地估计,即使是不太靠谱的ITER,如果资金不受到EU金融问题的影响,也能在30~40年内达到商用发点工程实现,所以说,也许我们这辈子能看到
lancer86 发表于 2012-7-13 15:02
一步到位意味着成倍的危险,路还是要慢慢走的,才踏实。
这个危险性是什么呢,如果聚变条件无法维持会立刻中断吧,应该不会爆出蘑菇云吧。
占个位置,学习科学知识,环境工程学生表示对于此类前沿科学技术只能勉强做到概念上的认知,有点小自卑
TornadoVicky 发表于 2012-7-13 12:54
我刚刚问了一个学物理的博士(但不是这方面的),他说首先他对这样的成就感到惊讶,因为我国这方面的人才在 ...
下一步的目标在此

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1千秒,1兆安,1亿度
那个妓者高博不知道怎么处理了
欢迎科普,支持LZ{:soso_e113:}


人类用火,第一次掌握能源,彻底告别了兽类,第二次掌握化石能源,工业革命动力之源,踏上了飞速发展的路程,期待第三次能源革命,进入星际时代

人类用火,第一次掌握能源,彻底告别了兽类,第二次掌握化石能源,工业革命动力之源,踏上了飞速发展的路程,期待第三次能源革命,进入星际时代
pershine 发表于 2012-7-13 17:06
这个危险性是什么呢,如果聚变条件无法维持会立刻中断吧,应该不会爆出蘑菇云吧。
我觉得如果失效的话,应该是容器壁被失控的高温物质熔化,导致泄漏,同时高温高压环境失去聚变反应终止
不过如果还是像裂变电站一样使用冷却水的话,高温熔化物碰到冷水的话,足够发生爆炸了,不过不会是蘑菇云那么严重的爆炸,爆炸规模应该类似切尔诺贝利
而且聚变的反应物和反应产物都是低辐射的吧?(没记错的话),善后应该比裂变电站更容易些
wujimin 发表于 2012-7-13 20:19
我觉得如果失效的话,应该是容器壁被失控的高温物质熔化,导致泄漏,同时高温高压环境失去聚变反应终止
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看来还是挺危险的,还是谨慎点吧,2000万度,任何物体都会瞬间气化了,连地球就能烧穿。
pershine 发表于 2012-7-13 21:10
看来还是挺危险的,还是谨慎点吧,2000万度,任何物体都会瞬间气化了,连地球就能烧穿。
不过裂变需要的物质量应该比裂变少的多,这些物质估计不会造成很大危害
franklin2005 讲的非常好,一目了然
wujimin 发表于 2012-7-13 20:19
我觉得如果失效的话,应该是容器壁被失控的高温物质熔化,导致泄漏,同时高温高压环境失去聚变反应终止
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聚变的原料(氘氚)和产物(氦)没有辐射吧?难道是中子辐射?哪个影响距离太小了
灌溉满京华 发表于 2012-7-13 22:00
聚变的原料(氘氚)和产物(氦)没有辐射吧?难道是中子辐射?哪个影响距离太小了
我记得也是无辐射的,不过不敢肯定
这样算来聚变的安全性比裂变好多了
wujimin 发表于 2012-7-13 22:08
我记得也是无辐射的,不过不敢肯定
这样算来聚变的安全性比裂变好多了
基本是无辐射的,不过因中子长期轰击内壁,会使内壁产生一些辐射物质,不过量应该都不大.
1千秒,1兆安,1亿度应该是明年的目标了。这是不是意味着明年就有热输出了。
楼主这是要消耗锂啊,但锂的储量是有限的呀!有没有替代方案呢?
zhyzq 发表于 2012-7-13 23:54
楼主这是要消耗锂啊,但锂的储量是有限的呀!有没有替代方案呢?
锂的储量不算少,云南肯定有,没记错青藏高原也有
牛啊   希望我有生之年能看到聚变发电