ht-7以前,中国的几个设备都是普通的托卡马克装置,而俄罗斯赠送的ht-7则是中国第一个“超托卡马克”装置。
什么是“超托卡马克装置”呢?回过头来说,托卡马克装置的核心就是磁场,要产生磁场就要用线圈,就要通电,有线圈就有导线,有导线就有电阻。
托卡马克装置越接近使用就要越强的磁场,就要给导线通过越大的电流,这个时候,导线里的电阻就出现了,电阻使得线圈的效率降低,同时限制通过大的电流,不能产生足够的磁场。
托卡马克貌似走到了尽头。
幸好,超导技术的发展使得托卡马克峰回路转,只要把线圈做成超导体,理论上就可以解决大电流和损耗的问题,于是,使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了,这就是超托卡马克。
目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超托卡马克装置,法国的tore-supra,俄罗斯的t-15,日本的jt-60u,和中国的east。
除了east以外,其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”,它们的水平线圈是超导的,垂直线圈则是常规的,因此还是会受到电阻的困扰。
此外他们三个的线圈截面都是圆形的,而为了增加反应体的容积,east则第一次尝试做成了非圆型截面。
此外,在建的还有德国的螺旋石-7,规模比east大,但是技术水平差不多。
第二种实现方式是iter。
2005年正式确定的国际合作项目iter,也就是国际热核实验反应堆的缩写。
这个项目从1985年开始,由苏联、美国、日本和欧共同提出,目的是建立第一个试验用的聚变反应堆。(注意:iter已经不是托卡马克装置了,而是试验反应堆,这是一大进步)
最初方案是2010年建成一个实验堆,实现1500兆瓦功率输出,造价100亿美元。
没想到因为各国想法不同,苏联解体,加上技术手段的限制,一直到了2000年也没有结果,期间美国中途退出,iter出现胎死腹中的危险。
直到2003年,能源危机加剧,各国又重视起来,首先是中国宣布加入了iter计划,欧洲、日本和俄罗斯自然很高兴,随后美国宣布重返计划。
紧接着,韩国和印度也宣布加入。
2005年iter正式立项,地点在法国的卡达拉申,基本设计不变,力争2015年前全面完成,造价120亿美元,欧盟出40%,法、中、日、美各出10%。
剩下的想让别人平摊,韩国印度不干,力争让俄国也出10%,自己出5%(最终美、日、俄、中、韩、印各出约9%)。
iter凑巧是拉丁语“道路”,可见大家对这个东西抱有多大的希望。
很有可能,她就是人类解决能源问题的“道路”。
如果iter能成功,下一步就是利用iter的技术,设计和建造示范商用堆,到那时,离真正的商业核聚变发电就不远了。
但是iter建设中,还有大量的技术问题需要解决,需要有一个原型可以参考,在此基础上,各国的先进超托卡马克装置就成了设计iter的蓝本。
iter的研究远非一个托卡马克装置,它还有很多难题需要攻克,地雷战里说“各村有各村的高招”。
日本的外围设备研究就远远走在了其他国家前面,他们在托卡马克点火领域就很先进。
不用高压变压器,直接使用高频电流制造核聚变点火的高温等离子体电流,就已经在日本试验成功了,大功率激光点火也接近完善。
第三种实现方式是east。
east位于中国合肥,是目前为止,超托卡马克反应体部分,唯一能给iter提供实验数据的装置。
他的结构和应用的技术与规划中的iter完全一样,没有的仅仅是换能部分。www.trip118.com
east解决了几个重要问题:第一次采用了非圆型垂直截面,目的是在不增加环形直径的前提下增加反应体的体积,提高磁场效率。
第一次全部采用了液氦无损耗的超导体系。液氦是很贵的,只有在线圈材料上下功夫,尽量少用液氦。
同时让液氦可以循环使用,尽量减少损耗的系统才可能投入使用。
此外,east还是世界上第一个具有主动冷却结构的托卡马克,它的第一壁是主动冷却的,连接的是一个大型冷却塔。
它的冷却水可以保证在长时间运行后将反应产生的热量带走,维持系统的温度平衡。
一方面是为真正实现稳定的受控聚变迈出的重要一步,另一方面也是工程化的重要标志——冷却塔换成汽轮机是可以发电的。
结合一些相关资料,世界这个领域普遍认为east将是第一个能长时间稳定运行的。
q值能达到1的托卡马克装置,当然这可能还要1-2年的时间。
就east来说,从某种意义上,它就是iter主反应体大约1/4的一个原型实验装置。
林陌看到这里终于知道为什么可控核聚变为什么这么难了,因为到目前为止各个过来好像连托卡马克装置都没有研究齐全。
其实托卡马克装置才是整个可控核聚变的起点,但是也有可能会是终点。
因为每个可控核聚变都会有能量消失的一天。
留下的或许就是这个托卡马克装置了。
所以想要真正的了解可控核聚变还得一步一步的积累起来。
林陌在不知不觉之中度过了一个晚上,此时林陌抬头一看发现现在天色都有点亮了。
由于昨晚上一晚上没有睡觉,但是林陌没有一丝一毫的困意,他此刻心中全是激动。
昨天一晚上让他彻底搞明白了一件事,原来这个所谓的装置就是一个引导的。
但是在整个核聚变的反应之中起到控制的作用。
昨天晚上一直在看关于可控核聚变的书,让他把可控核聚变技术一点一点的弄明白了。
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