2040年Nuclear Fusion人造太陽---Big Data



2354年---Vangelia Gushterova :An accident on the artificial sun will result in drought.一個意外的人造太陽,將導致乾旱
-----2040年人造太陽
-----2019年日本が核融合発電所を建設 より電力供給開始

2055年~2060年---Abdul Samar Rosto :地球低溫的高峰期。=即使人类向大气排放的二氧化碳量达到历史最高记录也不会阻止全球气温走低这一趋势。全球变冷涉及到经济、社会、人口等问题,直接触及到地球80%居民的利益。
-----2015~2055年Mike Lockwood :氣候系統崩潰 ,進入太陽活動極小期的概率為10-20%
-----2027年Jucelino :地球寒冷化刺面臨一個新的冰河期

2025年---Lockheed Martin核融合反應爐運作
-----2019年Lockheed Martin核融合發電廠研發出雛形
-----2015年Lockheed Martin打造測試小型核融合反應爐,長寬分別約為10、7英呎,可以產生100百萬瓦(megawatt)的電力。
-----2014.10.16Lockheed Martin宣稱已在核融合技術取得重大突破,十年內核子反應爐或許可用車子拖著走,,研究小組的目標是打造和拖車差不多大的核融合發電廠,以低成本的氫當作燃料,產生足以供小城市使用的能源,,Lockheed Martin取得的重大突破,是利用「磁力瓶(magnetic bottle)」控制核子反應產生的大量熱能。過去科學界總是難以掌控伴隨核融合產生的高熱和高壓,而且規模愈小,難度愈高,因此Lockheed Martin在這方面取得的突破特別重要。小型核融合所製造出的汙染遠低於燃煤發電廠,利用氫核子的同位素氘(deuterium)與氚(tritium)作為燃料,與石化燃料等量的氘和氚,估計可以產出將近1000萬倍能量。未來反應爐可使用不同的燃料,預期將完全不會產生核廢料汙染,杜絕放射線的危害。新的小型反應爐也可以裝置於美國海軍艦艇,替代現在使用核分裂驅動的能源供給方式。

2014.5---德國仿星器 Wendelstein 7-X
-----德國研究人員正在北方小鎮格賴夫斯瓦爾德(Greifswald)建設命名為「螺旋石7-X」(Wendelstein 7-X)的仿星器,這座世界上最大的仿星器實驗室
-----1 公斤的核聚變燃料所產生的電能等同於1 萬1000 噸煤炭
-----仿星器是一種透過磁場約束核聚變電漿的實驗裝置,優點是能夠連續穩定地運行。所謂的仿星,指的是模仿太陽等恆星內部持續不斷的核聚變反應,將電漿態的氫同位素氘和氚約束起來,並加熱至攝氏1 億度發生聚變,以獲得持續不斷的能量。簡單的說,就是在地球上建造一個小太陽。德國科學家認為,仿星器可能是最適合未來核電廠的類型,因為核聚變所需的燃料氘和氚在自然界中儲存量龐大,1 公斤的核聚變燃料所產生的電能等同於1 萬1000 噸煤炭;此外,核聚變反應爐也不產生任何二氧化碳排放,與目前核電廠採用的核裂變反應爐相比,它只產生很少的核廢料,其放射性也會在短期內消失。核聚變反應爐一旦成功,將可提供最清潔且取之不盡的能源。

2014年2月12日---英國科學期刊《自然》電子版,美國能源部所屬國家研究機構LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory,勞倫斯利福莫耳國家實驗室)的研究團隊首次確認,使用高功率雷射進行的核融合實驗,從燃料所釋放出來的能量,超出投入的能量
-----2005年部份科學家相信已經成功做出小型的核融合,並且得到初步驗證。首個實驗核融合發電站將選址法國
-----1950年代早期,他在澳洲國立大學成立至今依舊活躍的電漿核融合研究機構(Australian Plasma Fusion Research Facility)
-----1932年核融合程序於由澳洲科學家馬克·歐力峰所發現。
-----目前人類已經可以實現不受控制的核融合,如氫彈的爆炸;也可以觸發可控制核融合,只是輸入的能量大於輸出、或發生時間極短。但是要想能量可被人類有效利用,必須能夠合理的控制核融合的速度和規模,實現持續、平穩的能量輸出;而觸發核融合反應必須消耗能量(約1億度),因此人工核融合所產生的能量與觸發核融合的能量要到達一定的比例才能有經濟效應。科學家正努力研究如何控制核融合,但是現在看來還有很長的路要走。目前主要的幾種可控制核融合方式:超音波核融合、雷射約束(慣性約束)核融合、磁約束核融合(托卡馬克)。
-----相較於核分裂發電,核融合產生的核廢料半衰期極短(低管理成本、核洩漏時總危害較低、最多只有一公里內需要撤退)、安全性也更高(不維持便會停止反應)。如氘和氚之核融合反應,其原料可直接取自海水,來源幾乎取之不盡,因而是比較理想的能源取得方式。核融合也是一種中子源,藉此可以觸發核分裂。利用中子源來觸發核分裂反應稱為次臨界核分裂,次臨界核分裂不但安全性接近核融合,且技術難度較核融合發電低(若是把核融合來當中子源觸發核分裂發電,技術需求也會比僅使用核融合的能量發電低),還可以處理核分裂發電造成的核廢料及過多的原子彈、讓這些核廢料的半衰期由數萬年縮短為數百年。因此絕大多數的反核運動,都不反對核融合。
-----如果要進行核融合反應,首先就必須提高物質的溫度,使原子核和電子分開,處於這種狀態的物質稱為「電漿」﹝plasma﹞。顧名思義,核力是一種非常強大的力量,而其力量所及的範圍僅止於10^(-10)~10^(-13 )米左右,當質子和中子互相接近至此範圍時,核力就會發揮作用,因而發生核融合反應。但由於原子核帶正電,彼此間會互相排斥,所以很難使其彼此互相接近。若要克服其相斥的力量,就必須適當地控制電漿的溫度、密度和封閉時間﹝維持時間﹞,此三項條件缺一不可。由於提高物質的溫度可以使原子核劇烈轉動,因此溫度升高,密度變大,封閉的時間越長,彼此接近的機會越大。 由於電漿很快就會飛散開來,所以必須先將其封閉。用來使電漿封閉的方法有許多種,太陽內部是利用巨大重力使電漿封閉,而在地球上則必須採取別的方法,磁場的利用便是其中一種。當電漿帶電時,電荷被捲在磁力線上,因此只要製造出磁場,就能夠將電漿封閉,使它們懸浮在真空中
-----核融合將諸如氫原子核一類的較輕的原子核結合形成較重的原子核。原子核帶正電,故庫侖力會阻礙原子核的結合。克服庫侖勢壘需要大量的能量。輕核所帶的電荷少,因此它們聚變時需要克服的勢壘越小,釋放出的能量就越多。隨著原子核質量的增加到一個臨界點時,融合反應所需克服的勢能大於反應放出的能量,即沒有淨能量產生。這一臨界點是鐵-56。 氘核與氚核是核融合的最佳燃料。它們都是氫原子核的重同位素。由於中子與質子比相對較高,它們的勢壘也就較小。電中性的中子通過核力使得原子核中的核子緊密地結合在一起。氚核的中子與質子比(2個中子,1個質子)是穩定原子核中最高的。增加質子或減少中子都會使得克服勢壘所需的能量變多。 一般條件下氘核與氚核的混合態不會產生持續的核融合。由於核子之間的距離小於10fm才會有核力的作用,因此核子必須靠外部能量聚合在一起。就算在溫度極高,密度極大的太陽中心,平均每個質子要等待數十億年才能參與一次聚變。要使聚變能夠實際應用,原子核利用率必須大幅提升:溫度提升到數千萬度,或施加極大的壓強。實現自持融合反應並獲得能量增益的關於密度和壓強的必要條件就是勞森準則。這一準則自1950年代氫彈爆炸成功而聞名,而在地球上實現勞森準則十分困難

2013年---ITER國際熱核實驗反應堆
---2005年開始工程建設
---總投資預計超過100億美元
---法國南部馬賽卡達拉舍
2012年---NIF :引燃可運轉的融合反應self-sustaining fusion reaction
---NIF將利用仿太陽恆星核心提供民生用電
---美國加州勞倫斯利佛摩國家實驗室

2010.11.16---美國國家點燃設施(National Ignition Facility,NIF)創造「人造太陽」用以發電
---以雷射光聚焦核反應爐,產生猶如恆星核心的超高溫度
---1加侖海水所產生核能相當於300加侖石油所產生能量
2009年3月31日---NIF完成
2006.3---合肥建“人造太陽”實驗裝置
---中科院合肥物質科學研究院
---工程總投資近3億元

2005.6.28---中國、歐盟、美國、俄羅斯、日本和韓國在俄羅斯首都莫斯科達成協議,決定在法國南部馬賽卡達拉舍建設首座國際實驗型熱核反應堆
---2001年完成反應堆設計以及一些關鍵原型制造
---1公斤核聚變燃料=1000萬公斤石油燃料
---核聚變反應主要借助氫同位素,氫同位素這種原料在地球上幾乎是取之不盡的。而且,核聚變放射性微乎其微,不產生核廢料,對環境的污染很小

1997年---NIF由美國能源部下屬國家核安全管理局(National Nuclear Security Administration,NNSA)資助,開始興建,總共耗資約35億美元
------NIF是一座雷射型核融合裝置,位於加州勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)內
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“人造太阳”---
即先进超导托卡马克实验装置,也即国际热核聚变实验堆计划(ITER)建设工程,是当今世界迄今为止最大的热核聚变实验项目,旨在在地球上模拟太阳的核聚变,利用热核聚变为人类提供源源不断的清洁能源。核聚变能以氘氚为燃料,具有安全、洁净、资源无限3大优点,是最终解决我国乃至全人类能源问题的战略新能源
人造太阳是可控核聚变的俗称,因为太阳的原理就是核聚变反应。(核聚变反应主要借助氢同位素。核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射,不产生核废料,当然也不产生温室气体,基本不污染环境) 人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置,可以有效控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定的输出。科学家们把这类装置比喻为“人造太阳”。

“人造太阳”是指科学家利用太阳核反应原理,为人类制造一种能提供能源的机器——人工可控核聚变装置,科学家称它为“全超导托克马克试验装置”。 (托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写,又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”,像一个中空的面包圈,可用来约束电离子的等离子体。)太阳的光和热,来源于氢的两个同胞兄弟——氘和氚(物理学叫氢的同位素)在聚变成一个氦原子的过程中释放出的能量。“人造太阳”就是模仿的这一过程。氢弹是人们最早制造出的“人造太阳”。但氢弹的聚变过程是不可控的,它瞬间释放出的巨大能量足以毁灭一切。而“全超导托克马克试验装置”却能控制这一过程。通过一种特殊的装置已经可以把氘氚的聚变燃料加热到四亿到五亿度的高温区,然后在这么高的温度下就发生了大量的聚变反应。目前在世界上最大的托克马克装置“欧洲联合环”上面已经获得了最大的聚变功率输出,到了16到17兆瓦。但是只能短暂地运行,也就是这个“磁笼”只能存在几秒、十几秒钟,聚变反应也是昙花一现!



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