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美国家核聚变实验室将重生 但未来几年仍会落后中国-澳门必中三肖三码官方网站


本文摘要:据《美国科学杂志》2月6日网站报道,普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家经过5年的升级,花费9400万美元,于2016年重启了国家球面环实验(NSTX)。

据《美国科学杂志》2月6日网站报道,普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家经过5年的升级,花费9400万美元,于2016年重启了国家球面环实验(NSTX)。然而,运行仅10周后,美国PPPL的NSTX测试装置因一个线圈短路而重新开启。

这对实验室更不利。在20世纪80年代,PPPL操作了许多机器,雇佣了近1300名员工,并领导全球致力于使用核聚变,一种与太阳原理相同的能源。1994年,PPPL在历史上仅次于托卡马克核聚变实验堆(TFTR),在一段时间内产生了10.7兆瓦的功率,这仍然是美国的最低记录。

但是好景不长。几年来,美国国会削减了能源部的核聚变开支,并重新开放了TFTR。2003年,美国重新加入ITER,这是一个在法国卡达拉奇附近建造的大型国际核聚变反应堆。

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这一承诺使得美国的核聚变研究更加困难。2008年,能源部暂停了PPPL另一个未完成的核聚变反应堆,导致实验室领导层的重组。目前,PPPL有560名员工。

它的大型机器之一,NSTX,在又一次故障后三年处于闲置状态。但现在是时候了。经过多年的能源部评估,PPPL研究人员预计今年4月开始修复NSTX。

一年前,国家科学、工程和医学研究所(NASEM)的一份报告呼吁美国不仅要坚持ITER(这是一项支出严重延迟、提前完成的工作),还要计划在ITER之后生产类似的设备。这将是一个原型发电厂,比ITER更小更便宜,PPPL可能在建设中发挥主导作用。美国物理学家将PPPL视为美国核聚变项目命运的领导者,该项目已将其在世界已发表的核聚变研究中的份额减少到六分之一。

然而,实验室在市政府的道路上仍然面临障碍。NSTX装置的外观类似于外星飞船。两层的球体位于管道和电缆组成的茧中,其主磁体的红色线圈从拱中飞出。

球体内部,网卓新闻网,铜板和石墨砖排成银墙。在运行过程中,一种被冷却到1亿摄氏度并比太阳核心更冷的致密等离子体流入真空室。流动的微波和晃动的磁场不会冷却和破坏等离子体,使其在腔室内每秒钟旋转4万次。等离子体由较轻的氘和氢同位素组成,其目标是使氢超过核聚变可以形成氦的温度和压力。

这些反应释放能量,在飞行中被中子带走。用氚(较轻的氢同位素)代替一些氘可以使反应适度。这种核聚变可以获得非常丰富的无碳能量,产生非常少的放射性废物。

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在过去的半个世纪里,这种前景照亮了PPPL半个世纪。然而,在2019年10月一个下雨的周一早晨,实验室异常安静。在美国能源部重新开放TFTR后,PPPL的研究人员开发了两种更小、更保守的设备,具有不同的优势:NSTX和NCSX。

NSTX是一个更传统的设计。传统托卡马克有甜甜圈的形状。但是像NSTX这样的球形环类似于有核的苹果。

2001年,PPPL开始了另一个项目,名为“国家小型恒星发电机实验(NCSX)”。然而,在2008年,也就是在本应完工的一年后,其成本完全降低了三倍,超过了1.7亿美元。能源部暂停了该项目。接下来是NSTX升级的结束,其目标是使磁场强度翻倍。

调查发现,除了线圈短路,NSTX还有许多问题。目前,在PPPL,首要工作是让NSTX重新运营。PPPL的研究人员已经开始生产新零件,并计划在2021年夏天开始运行NSTX。2018年12月的《NASEM报告》呼吁美国在21世纪30年代建造一座原型发电厂,作为ITER的继承者。

凭借由高温超导体制成的强电磁线圈等创新技术,紧凑型测试工厂(CPP)将比ITER(一个耗资250亿美元的庞然大物)更小、更便宜。创建CPP的强烈要求可能会加剧PPPL空缺的困难。还有钱的问题。

NASEM的报告拒绝每年减少美国的核聚变研究2亿美元,国会将能源部在核聚变能源科学上的支出从2019财年的5.64亿美元减少到今年的6.71亿美元。然而,所有这些削减都将受益于国际热核聚变实验堆(ITER),国会是否会在晚些时候削减核聚变开支还有待观察。中国循环器2号M是除ITER装置外最先进的核聚变实验装置。目前最先进的核聚变试验装置是中国循环器2号M装置,计划2020年投入使用。

该装置的等离子体温度将很快超过2亿摄氏度。显然,美国PPPL设备在未来几年内不会领先于中国。


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