2006年2月9日
最近完成的“欧洲核聚变发电厂概念研究”调查了未来核聚变发电厂的技术可行性、预期的安全性和环境特性以及成本。等离子体物理、技术和材料研究的最新成果为四种不同的发电厂模型的发展提供了基础,阐明了广泛的物理和技术可能性。欧洲杯足球竞彩对其生态和经济特性的分析证实了以前的调查的有利结果:目前的了解表明,核聚变发电厂不可能发生对环境造成严重影响的事故,也不需要通过循环利用来永久处理废物。电力的价格将相当于其他无害环境的能源技术的价格。
聚变研究的目的是通过原子核聚变产生的能量,在地球上的发电厂中重现太阳产生的能量。燃料是一种电离的低密度气体,一种“等离子体”,由两种氢同位素氘和氚组成。这种燃料被限制在磁场中并被加热以点燃聚变火焰。当温度超过1亿度时,等离子体开始“燃烧”:氢原子核融合形成氦,从而释放中子和大量能量。国际ITER(拉丁文为“The way”)试验装置将展示聚变火提供能量的可能性,其产生的聚变功率为500兆瓦。国际热核聚变实验堆是根据目前可用的材料和技术进行规划的,这些材料和技术尚未完全优化用于聚变。这是并行物理和技术方案的目标。所有这些工作都是示范电厂的准备工作;商业工厂可以从本世纪中叶开始为电网供电。欧洲杯足球竞彩
未来发电厂的四种模式
“欧洲核聚变发电厂概念研究”的目的是探询未来发电厂的经济和生态特性,以及具有最大前景的发展路线。因此,最新的研究成果被作为研究核聚变电站的四个不同概念的基础:所有四个模型的电力约为1500兆瓦,是类似ITER的“托卡马克”型。为了阐明物理和技术上的广泛可能性,它们都是基于对当今等离子体物理和技术的不同推断,并不同程度地延伸到未来。
就ITER模型而言,A和B是影响最小的:关于等离子体行为的假设,例如等离子体的稳定性,仅比非常谨慎的ITER估计高出约30%。与ITER不同的是,该建筑材料是一种低活化钢,目前正在欧洲聚变计划中进行研究。最大的差异与发电厂的技术部件有关,例如所谓的“毯子”:等离子体容器的这层衬里用于减速聚变过程中产生的快中子。它们将全部动能以热量的形式传递给冷却剂,并从锂中产生作为燃料成分的氚。
为此,型号A配备了液态金属覆盖层:它使用液态锂铅混合物生产氚,聚变热被水吸收和传递。相比之下,B型装有填充锂陶瓷和铍卵石的毯子。此处选择的氦气冷却剂允许比水更高的温度——高达500摄氏度,而不是300摄氏度——从而提高后续发电的效率。欧洲核聚变计划正在开发这两个总括版本;测试版本将在ITER中进行调查。
与模型A和B不同,影响更深远的模型C和更具未来感的模型D基于等离子体物理学的重大进展。改进的等离子体状态与更强大的橡皮布概念相结合;但欧洲已经在开发这些技术:在C型双冷却剂包层中,第一道壁用氦冷却;产生的大部分热量通过液态金属的循环输送到热交换器。碳化硅插件将结构与流动的液态金属隔离。冷却液温度高达700度左右,可以更有效地将熔合热转化为电能。C型更先进的是使用自冷毯,液态金属(高达1100度)用于冷却和氚生产;这些结构由碳化硅组成。
安全属性
安全方面的考虑涉及放射性氚和高能中子,它们会激活等离子体容器的壁。通过更详细地分析两种更现代的模型A和B,澄清了所有严重事故的后果:假定是冷却系统的突然和全面故障造成了事故;然后,发电厂就会自行运转,不受任何干预。结果:等离子体不稳定性破坏了操作条件,立即熄灭了燃烧过程;墙体内的余热不足以严重损伤构件甚至使构件熔化。该发电厂不包含任何其他能源,可以破坏它的安全壳,因此始终保持完整。
然后研究了有多少氚和被激活的物质可以被温度上升和从工厂逃逸。最后,在最不利的天气条件下确定了在发电厂周边产生的放射性照射:模型A和B的值远低于需要疏散发电厂附近居民的一至两个数量级的剂量。这也适用于模型C;模型D的值更低。因此,这项新研究证实了先前研究中发现的具有吸引力的安全特性。
浪费
废料的情况也被重新考虑了:在所有四个模型中,被聚变中子激活的材料失去放射性的速度相对较快。一百年后,它下降到初始值的万分之一。例如,在模型B中,几乎一半的材料在关闭100年后不再具有放射性,可以用于任何其他用途。另外一半——随着适当技术的出现——可以在新的发电厂回收和再使用:这样就不需要永久储存了。这也适用于其他三个模型。
成本的问题
从A型到D型,从包层中提取聚变能的效率有所提高,并且随着冷却剂温度的升高,发电效率也有所提高。此外,从A到D获得的等离子体状态变得越来越有利:墙壁上的负载减少,必须向发电厂反馈更少的电力以保持供电。从A型到D型,产生约1500兆瓦电力所需的聚变功率越来越少。此外,从A型到D型的等离子体体积减少了一半以上,也就是说,设备可以变得更紧凑。
因此,四种电厂模型的电价预期是不同的:模型A的电价成本最高,其次是模型B和模型C;前卫的D型车价格最低。然而,即使是B和C,每千瓦时5到10美分的发电成本也具有竞争力。
结论
总的来说,这项研究表明,已经有第一代商业核聚变发电厂