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德国 W7-X 仿星器写新页,成功产生 100 秒以上、能量破兆的电浆

2024-11-01 206

随着不断更新设备与改善性能,德国核融合仿星器反应炉文德尔施泰因 7-X(W7-X)再次突破世界纪录,除了产生 100 秒以上、能量高达 1 兆焦耳的电浆,更将核心温度提升到 2,000 万℃,成功缩短仿星器核融合与商业化门槛的距离。

有别于传统核电厂的核分裂技术,新型技术核融合是借由将氘与氚原子置于高温或高压下,引起的聚合反应会产生中子、氦与大量能量,假如科学家成功透过这些能量生产电力,未来人们或许就不愁无电可用。

仿星器为核融合技术之一,虽然美国普林斯顿大学早在 1951 年就已提出相关概念,但由于运算过于复杂而没人想研发,直到超级电脑问世,才有许多科学家与厂商着手投入,因模拟恒星内部持续不断的核融合反应而得名,关键要点在于控制与封闭电浆,因此科学家为了不让电浆与反应炉腔室接触,便运用超导磁体把电浆悬浮在真空中。

德国 W7-X 是世界最大、最复杂的仿星器设备,德国马克斯普朗克研究中心(MPI)自 1993 年开始兴建 W7-X,经历技术、供应商破产等种种挑战后,终于在 2014 年完工。设备全长 16 米,内含 50 个长达 3.5 米、超过 425 公吨的超导磁体,目前科学家仍不断更新反应炉设备。

近期 W7-X 完成整修再度开始实验,结果也相当符合科学家的期待,新材料与设备让电浆放电可维持 100 秒以上,成功为仿星器反应炉纪录写下新页。且电浆密度更高达每立方米 2×1020 ,能量也首次超过 1 兆焦耳,电浆温度更超越太阳核心的 1,500 万℃、提升到 2,000 万℃,有望满足未来发电需求。

德国联邦研究部长 Anja Karliczek 表示,W7-X 团队已创下新世界纪录,并在核融合发电厂取得重要的进展,让核融合也有机会加入未来的能源行列。

▲ W7-X 反应炉电浆能量已达 1 兆焦耳。 

至今科学家仍不断替换 W7-X 设备以提升性能,像是 MPI 先前在仿星器内壁铺上逾 8,000 片石墨砖与 10 个偏滤器,前者可提高反应炉温度和延长电浆放电,偏滤器则能过滤并排除从电浆离开的热量与杂质粒子,进一步提升加热与量测能量(measurement capabilities)功能,而再经过 3 个月的新设备测试后,2017 年底又开始新一轮设备升级。

W7-X 目前也开始汰换材料,为了减少反应炉腔室负荷与再次提升电浆温度,偏滤器材料将会大改造,由原本的石墨砖变成水冷加强碳碳复合材料,预计可使电浆放电持续 30 分钟,并希望可借由逐步更新设备与性能、证明仿星器可实际用于发电厂。

  • Successful second round of experiments with Wendelstein 7-X
  • Wendelstein 7-X fusion reactor keeps its cool en route to record-breaking results

(本文由 EnergyTrend 授权转载;图片来源:MPI)

延伸阅读:

  • 德国仿星器 W7-X 突破,用石墨材实现高温与高密度电浆
  • 为提升德国仿星器 W7-X 性能,团队结合美国 PPPL 核融合技术
2019-03-10 23:31:00

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