北極星核電網訊:人類一直在尋找這樣一種能源，它可開發、可持續、安全可靠且取之不盡，與此同時，這種“理想”能源要最終實現商業化。核聚變讓人類可以駕馭太陽和星星，從中獲取史無前例的巨大能源。世界各國的科研人員正試圖在實驗室中實現“人造太陽”的壯舉，他們也面臨著各種阻力。

      據外媒6月11日報道，美國田納西大學的研究人員已經成功研發出一項隔離和穩定中心螺線管的關鍵技術，該技術用于正在開發中的國際熱核實驗反應堆(ITER)。此舉將利用核聚變能聯網發電的可行性又向前推進了一大步。相對于目前使用的核裂變技術，核聚變技術可以提供更多的能量，而風險卻小得多。

      田納西大學機械學教授大衛·埃里克、航空航天學教授馬杜·馬杜卡爾和生物醫學工程教授馬蘇德·帕蘭領導的研究小組完成了ITER項目的一個重要步驟，通過實驗成功地測試了隔離和穩定中心螺線管的技術。該實驗裝置是ITER的主架構，同時這項研究也關系到ITER項目的進展。

      馬杜·馬杜卡爾表示：“ITER的目的是實現聚變能聯網發電。核聚變的能量要比核裂變產生的能量更加安全和高效。我們不會再面對像切爾諾貝利和日本的核裂變反應堆發生失控所帶來的危險。此外，核聚變反應幾乎不會產生放射性廢物。”

“人造太陽”的希望

      ITER是介于當前的等離子物理實驗裝置和未來的核聚變發電站之間的一個試驗性步驟，其目標是要建造第一個可自持燃燒的核聚變實驗堆。從技術上說，ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克，俗稱“人造太陽”。

     “ITER計劃”是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目。該計劃是人類實現安全、高效、潔凈的聚變能源夢想進程中最為重要的一步。這個計劃在30年的運轉周期里預計耗資超過100億歐元，參與者有包括歐盟、美國、俄羅斯、日本、中國、印度和韓國在內的33個成員國，覆蓋全球60%的人口和80%的GDP。他們聯合起來，組成一個偉大的科學團隊，共享各自的資源，以滿足這一概念實現規模化生產所需的科學與工程技術。

      TER的使命是證明核聚變能在工程和經濟上的可行性。ITER需要取得技術上的關鍵突破：穩定地越過1022的“聚變三重積”，超過能量的“收支平衡點”，實現10倍的能量增益Q值，證明利用核聚變能在工程上是可行的，并具有實用的經濟價值。

      目前，一座示范性反應堆正在法國南部普羅旺斯-阿爾卑斯-藍色海岸大區的卡達拉舍建造，預計2020年開始運行。這項工程為進一步探索和發展能直接用于商用聚變發電的相關技術，為建造未來的聚變能示范電站，奠定了堅實的科學基礎和必要的技術基礎。

利用核聚變難比登天

      ITER采用了1968年蘇聯人發明的托卡馬克裝置。托卡馬克又稱環流器，是一個由環形封閉磁場組成的“磁籠”，高溫產生的等離子體就被約束在類似于面包圈的磁籠中。托卡馬克裝置通過約束電磁波驅動，創造氘、氚實現聚變的環境和超高溫，并實現人類對聚變反應的控制。

      ITER中的托卡馬克裝置是一個直徑超過12米、容積達837立方米的環形容器，里面環繞著超導電磁線圈。環形托卡馬克裝置外部的磁體能產生強烈的螺旋型磁場，能夠約束熱核聚變中產生的超高溫等離子體。為了打造這一巨大的磁性籠子，ITER項目使用了超過10000噸的鈮合金制成的超導線圈，并且仍要用低溫液態氦氣來降溫。

     巨大的能量給ITER帶來了威脅，“磁籠”并非牢不可破。活動劇烈的等離子體會發射出X射線，溢出帶電粒子。而且，聚變反應將產生電中性且不受磁力吸引的高能中子。盡管有“磁籠”約束，ITER的等離子體很可能會以每平方米數千千瓦的熱量將外壁炸開，其破壞力將遠遠超過此前的任何托卡馬克裝置或常規核裂變反應堆。

混合材料解決難點

     中心螺線管導體是“磁籠”中的重要部分，如何隔離和穩定托卡馬克裝置的中心螺線管非常重要。因此，尋找一種合適的材料成為打破僵局的關鍵。田納西大學的研究人員發現高堿玻璃纖維和環氧基樹脂的化學混合物在高溫狀態下仍舊保持液態，并且極難固化。這種混合材料非常適合注入到中心螺線管中。

     研究人員在中心螺線管導體的樣機中進行了技術測試。這種特殊的混合物不僅具有電氣絕緣性，而且可以提高導體的結構強度。綜合考慮溫度、壓力、真空環境和混合物的流量，在注入過程中需要保持平穩的速度。

      馬杜·馬杜卡爾說：“我們加入環氧基樹脂的過程，幾乎是在與時間賽跑。在測試中我們發現：溫度越高，環氧基樹脂的粘性越低，活性也越低。”

     這項技術歷時2年的研究，而向中心螺線管注入混合物質的過程就需要在嚴密監控下持續2天時間。這項技術將轉移到圣地亞哥的通用原子公司，該公司是美國ITER項目的合作伙伴，負責建造中心螺線管導體，并運送到法國。