全球“碳中和”背景下，核聚變發(fā)電作為一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)途徑受到廣泛關(guān)注。日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（QST）將在今年秋季正式運(yùn)行新一代熱核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（JT-60SA）。屆時(shí)，該裝置將成為世界上最大的使用超導(dǎo)線圈的托卡馬克等離子體實(shí)驗(yàn)裝置。核聚變實(shí)驗(yàn)中托卡馬克產(chǎn)生的磁約束聚變等離子體都會(huì)有一個(gè)特定的形狀，而下一代核聚變堆的研發(fā)面臨的極為重要的技術(shù)瓶頸就是等離子體形狀控制技術(shù)。
等離子體是一種由正離子和自由移動(dòng)的電子組成的高溫帶電氣體，具有不同于固體、液體和氣體的獨(dú)特性質(zhì)。核聚變的主要燃料取自氫的同位素氘（重氫）和氚（超重氫）。簡(jiǎn)單來說，核聚變是兩個(gè)輕原子核結(jié)合成一個(gè)較重的原子核并釋放出巨大能量的過程。核聚變反應(yīng)正是發(fā)生在等離子體的物質(zhì)狀態(tài)中，同時(shí)釋放出約為核裂變反應(yīng)4倍左右的巨大能量。穩(wěn)定控制下的核聚變反應(yīng)預(yù)期可以提供幾乎無限的清潔、安全和廉價(jià)的能源，被形象地稱為“人造太陽”。
JT-60SA被視為國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）的技術(shù)備份，但采取更為先進(jìn)的設(shè)計(jì)。通過只使用氘開展等離子體控制實(shí)驗(yàn)從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)，盡管放棄了最具有商業(yè)前景的D-T反應(yīng)，但卻搶先構(gòu)建出了各國(guó)在ITER成功后爭(zhēng)相建設(shè)的原型堆。
QST量子能源部門負(fù)責(zé)人稱，JT-60SA將為ITER的長(zhǎng)期運(yùn)行提供必要的技術(shù)驗(yàn)證，反映其研究成果。當(dāng)前目標(biāo)在于使用氘，維持100秒左右的等離子態(tài)。同時(shí)QST還非常關(guān)注一些周邊技術(shù)，比如鋰被普遍認(rèn)為是核聚變最理想的燃料，QST開發(fā)出了使用特殊陶瓷膜，從海水中回收鋰的技術(shù)。在用膜隔開的水槽一側(cè)放入鹽酸，充分利用兩側(cè)的鋰濃度差進(jìn)行回收。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以用于核聚變反應(yīng)堆，還有望用于制造鋰離子電池。
日本首相岸田文雄在1月的施政演說中，圍繞實(shí)現(xiàn)“碳中和”的技術(shù)路線，首次提及了核聚變技術(shù)。據(jù)悉，日本政府面向技術(shù)實(shí)用化，正在制定相關(guān)的國(guó)家戰(zhàn)略。
(責(zé)編：趙竹青、初梓瑞)關(guān)鍵詞：
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