簡介
國際熱核聚變實驗反應堆的原理類似 太陽發光發熱,即在上億攝氏度的超高溫條件下,利用氫的同位素 氘、 氚的聚變反應釋放出 核能。它建立在由TFTR、JET、JT-60和T-15等裝置所引導的研究之上,並將顯著的超越所有前者。此項目預期將持續35年:10年用於建設,25年用於操作,總花費大約105億歐元。 核聚變燃料氘和氚可以從海水中提取,核聚變反應不產生 溫室氣體及 核廢料。由於原料取之不盡,以及不會危害環境,這一計畫的實施結果將決定人類能否迅速地、大規模地使用核聚變能,從而可能影響人類從根本上解決能源問題的進程,因此,意義和影響十分重大。歷史
1985年,美蘇冷戰走向尾聲,蘇聯在 戈巴契夫與西方合作的理念指導下,在日內瓦峰會上與美國共同倡議,由美、蘇、歐、日共同啟動“國際熱核聚變實驗堆(ITER)”計畫,也就是 “人造太陽”計畫,而這,也成為美蘇 冷戰結束的標誌性行動之一。但計畫進程並不是一帆風順的,由於技術上的困難太大,需投入的資金成本也過高,“人造太陽”計畫一直沒有太大的進展,1998年,美國還由於政治原因以及國內紛爭,一度退出計畫。
經過早期的概念和工程上的設計階段,於2001年產生了一個可被接受的詳細設計,ITER成員投入了6.5億美元研發資金用來進行實用性的研究。
2002年,經過調整後的“人造太陽”計畫削減了投資成本,並開放胸懷尋求整個人類的共同參與,明確表示希望中國和美國參與進來。之後,印度、韓國也陸續加入。
2006年5月24日,參加這一項目的歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度7方代表草簽了一系列相關合作協定,標誌著這項計畫開始啟動。歐盟承擔50%的費用,其餘6方分別承擔10%,超出的10%用於支付建設過程中由於物價等因素造成的超支。11月21日,參加國際熱核聚變實驗反應堆計畫的7方代表在法國總統府正式簽署了聯合實驗協定及相關檔案。
2007年9月24日中國作為第七個參與國批准了該協定,2007年10月24日,國際熱核聚變實驗反應堆合作協定正式開始實施,國際熱核實驗反應堆組織也於當天正式成立。
目的
國際熱核聚變實驗反應堆的目的是從海水中提取氫的同位素用於 核聚變反應,從而產生巨大能量。由聚變加熱而即時產生多於所提供的輔助加熱十倍的熱能(聚變能增益係數為10)。
產生一個聚變能增益係數Q值超過5的穩定等離子區/體。
維持8分鐘的聚變脈衝。
可能點燃“燃燒的”(自我維持的)等離子區/體。
開發聚變電站所需的技術和程式:包含超導磁體(以俄國T-15為領先),及遙控技術(由機器人實現)。
檢驗氚的可控(核聚變)概念(可行性)
項目計畫
第一階段從2006年起至2016年,為實驗堆建設階段,耗資約50億歐元;
第二階段持續20年,是熱核聚變操作實驗階段,預計耗資約50億歐元;
第三階段歷時5年,是實驗堆拆卸階段,耗資5億歐元左右。
三個階段計畫共耗時35年,花費總計約105億歐元。
項目難點
難點1
實現“受控熱核聚變”首先需要解決的問題是用什麼方法及如何加熱氣體,使得電漿溫度能上升到百萬度、千萬度、上億度。但是,超過萬度以上的氣體是不能用任何材料所構成的容器約束,使之不飛散的,因此必須尋求某種途徑,防止高溫電漿逃逸或飛散。“磁約束”這一技術——用磁場把氘和氚原子核局限在一個小區域,以保證足夠的密度互相碰撞。
難點2
對不同設計出的“磁籠”中電漿運動行為及防止逃逸的穩定性研究,成為實現受控熱核聚變的第二個難點。如果要使高溫電漿中核聚變反應能持續進行,上億度的高溫必須能長時間維持。或者可以說,電漿的能量損失率必須比較小。
難點3
提高磁籠約束電漿能量的能力,這是論證實現磁約束核聚變的科學可行性的第三個主要內容。除此之外,建設一個連續運行的聚變反應堆還需要解決加料、排廢、避免雜質、中子帶出能量到包層、產氚及返送以及由於聚變反應產生大量帶電氦原子核對電漿的影響等一系列科學和工程上的難題。
功率
ITER將使用環形加速器產生溫度超過10億攝氏度的氫電漿,它將產生大約5億瓦(500,000,000瓦特)的核聚變能量,維持大約500秒。相比較而言歐洲聯合環形加速器(Joint European Torus,JET)的紀錄不過是1600萬瓦維持了不到1秒。ITER將不會(直接)產生電力。
建設地
歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和中國的國際熱核實驗反應堆計畫六方代表2012年6月28日在俄羅斯莫斯科達成協定,確定法國南部城市馬賽附近的卡達拉舍為國際熱核反應堆的建造地,被選定為世界上第一個實驗型熱核反應堆的建造地。
成果
ITER首個實驗堆高度為24米,直徑30米,計畫產生電漿的體積為840立方米,維持時間為400秒,聚變能500兆瓦,輸出與輸入能量比最低為10:1,最高可達到30:1。據專家介紹,這一計畫是在業已取得的大量研究成果基礎上制定的,成功的可能性非常大。
意義
該項目成為人類有史以來繼國際空間站之後第二昂貴的國際科學合作項目。國際熱核聚變實驗堆利用氫的同位素氘、氚的聚變反應釋放出巨大能量,從而為人類提供可持續發展的潔淨能源。與其他能源相比,核聚變的原料取自海水,可以說是無窮無盡,同時它還不會產生二氧化碳等溫室氣體,對環境也幾乎沒有放射性危害。石油、天然氣和煤等化石能源正逐漸枯竭,而人類正在使用的核裂變能以及水能、風能、太陽能和生物能等可再生能源也具有自身的局限性,國際熱核聚變實驗堆則嘗試解決人類能源危機。
爭議
整個項目曾經歷一些如綠色和平之類的環境組織的反對,他們認為ITER項目是“瘋狂而愚蠢的行為”並宣稱“核聚變擁有核電站所有隱患,包括產生核廢料以及核泄漏的風險”。
2012年10月,承擔該項目50%經費的歐盟正考慮給ITER一筆約為27億歐元的經費,好讓這個項目能按預期完成建造。但遭遇了很強烈的反對聲音,歐洲議會綠黨的能源顧問米歇爾· 拉凱認為“要是我們真的想把這筆錢用來拯救地球氣候、擺脫能源危機的話,選擇ITER這個項目顯然就是個笑話。”
美國自然資源保護委員會托馬斯· 科克倫稱“ITER不構成一種威脅,只是浪費錢財而已”。
全球九個規模最大科學工程
台北時間2008年6月26日訊息,據國外媒體報導,繼金字塔之後,一些建築被冠以“規模最大”的頭銜,有些建築則躋身世界新七大奇蹟之列。建築尚且如此,科學工程當然不甘落後。目前,世界上出現了不少規模驚人的科學工程,以下九大工程中有些已投入運轉,有些正在建造當中,有些則仍停留在製圖板上。 |