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核电的发展近况和可控核聚变的未来
金融民工1990
长线持有
2024-02-03 23:43:02

会议要点

1. 核电新篇章与聚变前沿探索

核电进入新发展时期:四大堆型已商用,近两三年全年核准10台核电设备,显示核电正迎来新的发展阶段。

国家政策背景支持:我国发布推动创新发展的11件政策中突出提升了聚变技术的重要位置,预示着对该领域的高度重视。

核电和聚变发展趋势:专家将分享国内核电发展情况、核电设备审批趋势以及可控核聚变的原理、发展路径和预计商业化时间表。

2. 核电发展与聚变技术前瞻

我国核电发展加速,政府连续批准新建核电机组,表明核电行业增速明显,市场占比预期逐步增加。

核电高利用小时数和较大装机容量预示行业需求稳定,按规划2035年核电占比需达到全国发电量的10%,需年均新增10台以上核电机组。

四代核电突出安全性与经济性,目前以三代核电为发展主流,预计四代核电经过规模化后将在十年内具有竞争力。

3. 核电发展与聚变前景

高温气冷堆目前处于高温而非超高温状态,因热效率高具备优势。高温气冷堆与钠冷快堆在四代核电中处于主要发展路线,高温气冷堆安全性略高。

四代堆在主要设备和制造工艺上与三代堆有大的不同,而且四代核电目前仍处于起步阶段,未实现批量化建造。

中国核聚变发展按三步走策略:参与国际热核聚变实验堆计划,建设聚变工程实验堆,建首个聚变示范原型电站。中国和其他国家计划在2035年后建第一个聚变商业电站。

4. 伊特项目进展与挑战解析

ITER项目受多国合作复杂性、工业能力偏差、接口问题、质量问题、以及COVID-19疫情影响导致延期,目前评估延期2-3年,进度和成本受关注。

ITER项目目标在于实现10倍输入能量的聚变能量输出和验证氘氚聚变相关物理特性,不以发电为首要目标。

ITER项目完成后能全面验证核聚变反应堆安全性,目前关键部件建设已达80%,计划2035至2040年间实现关键科学与技术目标。

5. 核聚变发展与商业前景

ITER的建成具有里程碑意义,它是目前世界上体积最大、参数最高的托卡马克装置,能验证长脉冲稳定运行核聚变能力,有助于推动核聚变商业化。ITER是验证磁约束核聚变稳定运行的关键装置。

NIF设备虽实现能量增益,但不能长时间稳定发电,而托卡马克装置能像反应炉般连续运行,具备商业发电潜力。激光聚变概念并不适合长期稳定发电。

ITER之后需建设工程示范电站验证组件可靠性和材料耐久性,完成验证后方能实现商业量产。工程示范电站是核聚变商用的必经阶段。

6. 核聚变发展与商业化展望

可控核聚变商业化预期:美国计划2035年开建商业核聚变电站,英国拟于2035至2040年间建设;中国积极探索小型聚变装置,加速聚变商业化进程。

政府支持态度明确:中国成立聚变技术创新联合体,发布产业创新发展实施意见,显示对聚变投资的支持。

资本市场投入增长:全球资本投资趋势指数级增长,美国BreakthroughEnergyVentures投入18亿美元;中国国企和中央资本可能投资聚变技术研发。

7. 核聚变技术及能量效应

当前可控核聚变技术主要分为磁约束和惯性约束两种,其中惯性约束核聚变面临的技术难点是能量输出验证和长时间发电问题。

磁约束核聚变(托卡马克装置)更适合发电,因其能长时间稳定地维持等离子体状态,且相关性能指标按摩尔定律式的速率提升。

核聚变能量增益临界点的达成是实现商业化发电的关键,目前托卡马克装置进步迅速,每1.8年性能翻番。

8. 核聚变进展与未来挑战

核聚变能实现商用发电受到学界极大鼓舞,其中日本GT60实验装置模拟实验取得正的能量增益。

世界各国在核聚变科学研究已取得显著进展,目前主要挑战集中在工程可行性和燃料闭式循环等物理问题上。

长期工程技术验证与材料研发是核聚变商业化发展的关键,成功将显著降低聚变堆建设成本,增强经济竞争性。

9. 实验堆向工程堆过渡探索

核聚变从实验室阶段过渡到工程化阶段,当前所有国家核聚变项目仍处于实验阶段。

实验堆目标在于验证能量输出大于输入,及初步工程技术,未达到长期稳定发电要求。

工程堆需实现商业发电条件,即持续稳定运行且输出能量远大于输入,目前全球尚未进入此阶段。

10. 国内可控核聚变进展

国内两大核聚变研发方向:国家队聚焦大规模燃烧等离子体研发,需重投资;民营企业偏向紧凑型小型化技术验证,轻投资。

核聚变投资规模分析:大型聚变装置投资额达百亿量级,小型装置初始投资数千万至一亿不等,与融资计划紧密关联。

托卡马克设备成本占比:最高为超导磁体系统(约30%-35%),其次为加热系统和电源系统(约12%-13%),燃料与低温系统各占约6%。

11. 探讨聚变裂变混合堆的未来

核聚变裂变混合堆被视为中间路线,技术实施难度较低,具备商业应用潜力,但不是终极解决方案,因为仍产生长半衰期的放射性废物,因此发展规模有限。

中国在聚变堆研究方面取得进展,包括高约束模式下长时间的世界纪录运行,以及氙气实验研究,预计2025年将有稳态长脉冲堆核心运行模式的有效验证。

仿星器为托卡马克装置的可能替代技术,具有更稳定的运行优势,但由于约束性能不如托卡马克,导致成本上升,目前只有德国和日本在开发。

12. 核聚变技术与材料探讨

托卡马克装置的设计在不断优化中:尽管各家初创公司的可控核聚变技术有细微区别,但这些差异不会影响托卡马克设备布局。实验阶段,科学家们通过调整不同参数探索设计优化,积累经验后能定型装置,提出更加成熟稳定的设计。

高温超导在磁场强度及运行成本上有优势:高温超导技术由于可以通过大电流产生较强磁场,有利于提升等离子体的约束能力,同时运行成本较低,增加了投资性价比。不过,目前存在技术挑战,如材料的机械性能和接头风险。

低温超导目前仍是较主流选择:科学界为了确保项目的稳定性,往往采用成熟的低温超导磁体。高温超导尽管有潜在优势,但因成本高和技术挑战仍需时间攻克,未来可能逐渐成为主流。

Q&A

Q:核电的当前发展情况和机组核准的趋势,以及可控核聚变的基本原理和未来商业化的可能性。

 

A:目前,核电行业已经进入了一个新的发展时期。具体来说,核电领域的四大堆型已经开始商用运营,在过去的两到三年中,共有10台相关核电设备获得核准,展现了我国对核电发展的重视和支持。对未来而言,我国核电机组的核准趋势依旧看好,预计将有更多的核电设备得到审批,从而推动行业的进一步增长。在可控核聚变方面,我国已将其定位为未来产业创新发展的关键,展现出国家对这一领域的重视程度。可控核聚变技术被认为是一种理想的清洁能源解决方案,但目前仍处于研究阶段,尚未实现商业化。尽管可控核聚变技术的商业化存在着不小的技术挑战,但随着科研进展和资金的不断投入,我们预计在未来某个时间点,可控核聚变技术能够实现商业化,这将对能源领域产生革命性的影响。因此,业内持续关注这一技术的发展,并对其商业前景抱有积极的预期。

 

Q:当前我国对于核电特别是裂变领域的发展规划是什么?政府和发电集团对核电的发展态度如何?

 

A:我国目前的核电发展分为多个代际,并过渡到第四代核电,这一代主要以安全性提升为核心。自90年代起,我国已陆续建设了三十多台核电机组,虽然经历了2011年的停滞期,但最近两年核电发展明显加速,2022年和2023年国务院批准了约十台核电机组。未来按照2035年的目标,核电发电量需占到中国总发电量的10%,为实现这一目标,每年至少需要新增10台左右的核电装机机组。相较于美国、法国等国家的核电占比,中国还不足5%,但核电在我国的电力市场占比确实在逐渐增加,呈现积极乐观的快速发展态势。

 

Q:未来五年到十年,我国核电机组的核准数量有何预期?

 

A:目前每年核准10台核电机组相对来说是高点。若以2035年的国家规划为标准,要实现核电占总发电量10%的目标,每年仍需新增约10至11台核电机组。如果目标调整为6%至8%的占比,平均核准数量将为每年大约7至8台。

 

Q:第四代核电,尤其是去年我国投入商业运行的高温气冷堆有何重要意义?

 

A:第四代核电在保证更高安全性的同时,经济成本也较低。其安全性的提升主要得益于非能动系统的应用和固有安全性能的增强。第四代核电通过使用重力为主的安全系统,在发生事故时能有效排除余热。而且,它能减少高放射性废物的产生,减低使用238增值燃料的风险。目前国家的核电规划仍主要以第三代核电为主,因华龙一号和AP系列的三代核电机型运行绩效良好,成本不断优化降低。

 

Q:第四代核电的安全性怎样,预计什么时候能批量商业化?

 

A:第四代核电安全性非常高,其非能动安全系统和固有安全性让它成为可靠的选择。但目前它面临的挑战在于首堆建设成本较高,批量化建造需求尚未形成,规模化效应未显现。预计在十年周期内,四代核电仍有望以降本逐步实现批量商业化,并具有较大的市场竞争力。

 

Q:目前高温气冷堆的发展状态是怎样的?

 

A:高温气冷堆目前并未达到超高温状态,而是处于高温状态。这样的设计选择是基于当前技术和安全性考量。尚不清楚高温气冷堆何时能进入超高温状态。

 

Q:针对四代核电中的高温气冷堆和钠冷快堆,它们的技术进展、经济性和安全性有何比较?

 

A:虽然对这两种堆型的具体细节了解不多,但高温气冷堆似乎在安全性上略胜一筹。至于经济性和技术进展的快慢,没有具体信息。

 

Q:四代堆与三代堆在设备方面有哪些重要差异?

 

A:四代堆,特别是高温气冷堆,使用氦气作为冷却剂,与三代堆使用水作为冷却剂和减压剂的做法大相径庭。四代堆的主要设备不同,如主氦风机的制造难度较大,压力容器布置和蒸汽发生器制造要求也有所变化。目前三代堆的装机容量较大,制造工艺已非常成熟,而四代堆仍处于起步阶段,尚未实现批量化建造,未来需要在尺寸扩大方面进行深入探索。

 

Q:核裂变和核聚变是否是相互替代的关系?

 

A:核裂变和核聚变的反应原理和能量生成方式有着本质区别,因此可比性不强。核聚变是一种全新的反应方式,不存在高放射性产物的产生。如果核聚变能够商业化,将可能对多数能源产生替代作用,而不仅仅是替代核裂变能源。

 

Q:我国在可控核聚变方面的发展规划是怎样的?

 

A:中国自20世纪60年代开始核聚变研究,发展路线图分三步:参与国际热核聚变实验堆计划获取经验,建设中国聚变工程实验堆,最终建立聚变示范原型电站。伊特计划本应在2025年建成,而中国聚变工程试验堆计划在2035年实现。现在因伊特项目延误,中国在重新评估和加速发展路线图,还未正式发布修订后的版本。其他国家已设定目标在2035年后建造商业聚变电站,中国正在关注国际发展并对其聚变路线图进行修订。

 

Q:伊特(ITER)项目的延期原因是什么?

 

A:伊特项目作为一个国际合作项目,涉及35个成员国,包括欧盟、美国、日本、韩国、俄罗斯、印度和中国等。项目延期主要原因包括:1.各成员国工业能力有差异,项目的接口较为复杂,导致部分部件交货延误,以及组装时出现的质量问题;2. 新冠疫情(2020-2022年)对项目执行产生了影响; 3.法国核安全当局对执行安全的严格监管,出现不符项时下达停工指令,对进度产生影响;4. 项目成本不断攀升,引起成员国间的争议。

 

Q:目前累计投资额,以及项目进度和未来规划如何?

 

A:目前,伊特项目由于上述原因总体延期评估在2到3年内。成员国正在对项目进行重新定义进度基准和成本基准,尽管成本攀升备受争议,但成员国整体仍然积极支持项目,希望能尽早完成。关于投资额,当前详细数据可在ITER的官方网站查询。

 

Q:伊特项目预计最快何时建成,并开始发电?

 

A:我们预计伊特项目最快的建成时间在2035到2040年之间。需要明确的是,伊特项目的意义并不在于首次发电。它是目前世界上最大的磁约束核聚变托卡马克实验堆,目标是产生500兆瓦的聚变能量,并实现输入能量的十倍输出,这是现有聚变装置未达到的目标。伊特的目的在于研究燃烧状态下的氘氚燃烧等离子体的物理特性,验证燃料的增值效应,即通过增值模块确定后续商用聚变堆实现燃料闭式循环的能力,以及全面验证核聚变反应堆的安全性。简而言之,伊特项目是为核聚变科学研究和工程技术验证,而非直接用于发电。

 

Q:关于项目的时间表,2025年和2035年之间的主要目标是什么?

 

A:原计划项目在2025年实现第一次等离子体,但这并不代表完成所有科学和工程目标。目前已完成第一次等离子体相关部件的约80%。再次等离子体运行部件的进度可以在官方网站查询。新的修订计划预计在2032年实现氘氚运行,在2035至2036年之间分别实现不同的氘氚运行实验,届时将逐步验证项目设立的科学和工程目标。

 

Q:核电的发展近况是怎样的?可控核聚变商业化的关键在哪里?

 

A:ITER(国际热核聚变实验反应堆)的建成极具意义,它是目前世界上体积最大、参数最高的装置,能够表征磁约束核聚变稳定运行的能力。ITER代表的托卡马克装置比激光聚变更适合于发电,因为它可以长时间稳定运行且易于维护。尽管美国的国家聚变点火装置(NIF)于2022年底实现了正能量增益,也就是Q值大于1的历史性突破,但它并不适合作为发电装置。与激光聚变每秒需要多次激光发射不同,磁约束核聚变无需脉冲式发射,因此更适合长期稳定地产生能量。ITER设定的初步目标是实现400秒的高约束模式稳态运行,这是目前所有已建的托卡马克装置未能实现的目标。

 

Q:如果ITER建成,我们是否会看到更多此类工程实验,而不是商业化的电站?

 

A:确实,ITER建成后,下一步是建造一个工程示范装置,这是核能技术商用化的必由之路。首先需要建立能够长时间稳定运行并验证相关部件可靠性的示范电站。特别是,聚变过程会产生对装置内部材料构成极大挑战的高能粒子,因此在工程示范电站中,对材料耐久性和部件可靠性进行验证至关重要。通过工程示范电站的验证,类似产品开发过程中的中试产品完成后,可以进入商业的量产阶段。

 

Q:请您预计一下,能持续发电的商业化核聚变电站什么时候能初步建成?

 

A:多个核聚变强国正在考虑如何提前实现聚变能商业化。美国在2021年发布了一个报告,列出了将聚变能带入美国电网的计划,计划在2035年开始建造首个商业电站。英国也在规划在2035到2040年间建设先导电站。中国也在积极探索加速核聚变商业化进程的方法,考虑建设小型紧凑型的聚变装置来实现伊特计划的科学目标。

 

Q:中国近期成立了聚变领域的创新联合体和发布了推动未来产业创新发展的实施意见,这是否代表国家对聚变能发展的支持和未来聚变投资增加的信号?

 

A:两项举措展现了国家层面对核聚变的强烈支持。聚变能研发在加速发展,但也面临许多挑战。国家可能会通过资本投入,鼓励国内科研院所开发紧凑型或小型的聚变实验装置,推进科学和工程化任务的进展,有利于聚变技术的未来商业化。

 

Q:聚变项目的投资额在未来十年里将会是怎样一个水平?资金来源主要是什么?

 

A:聚变能投资并不仅限于科研经费。2021年,突破基金等投资了麻省理工学院的一个核聚变私人公司,说明世界资本市场对核聚变投资的关注和投资趋势正呈指数级增长。中国的投资额可能主要来自国有资本,而非单独的科研经费。大型能源企业也可能会为双碳目标而投资于前沿核聚变技术。

 

Q:25个主体组成的联合体的资金来源是自筹还是国家拨款?

 

A:25个主体组成的联合体可能主要以中央企业为主,中央企业具有庞大的资金体量,因此可能会有中企业投资新的聚变相关企业的可能性。

 

Q:中科院的聚变项目建设和点火时间节点是什么?资金是否顺利到位,有无延后的情况?

 

A:中科院的聚变项目对外透露的信息不多,但安徽新闻联播上透露的信息表明,紧凑型聚变实验装置得到了全省的大力支持,目标是在2027年左右建成。目前没有了解到具体的资金动向,但对于资金到位保持整体积极态度。

 

Q:可控核聚变的技术要点和目前的技术难点主要在哪里?

 

A:可控核聚变技术主要有两种,即磁约束核聚变和惯性约束核聚变。惯性约束核聚变是利用激光或定向能量冲击燃料球,在瞬间通过原子之间的惯性产生巨大能量实现聚变条件。但这种技术面临的技术难点是需要连续使用高能激光进行冲击,要求精度极高,且运行模式是脉冲式的,目前仅能验证能量输出,尚未解决持续发电问题。磁约束核聚变则是利用强大的磁场将等离子体悬浮,防止等离子体与装置表面接触,以维持上亿度的高温。此技术是由苏联在20世纪50年代发明的托卡马克装置,能够产生的热量通过热辐射传导至外部真空容器壁面,并通过冷却水回路进行热交换从而带动涡轮发电。目前全球已有接近300个托克马克装置,其性能提升趋势与摩尔定律类似,每1.8年性能翻一番。性能提升的参数表现在约束时间、等离子体的离子温度及密度上。磁约束核聚变已接近能量增益阈值,达到能输出能量大于输入能量的点,即3乘10的21次方开尔文电子伏特。

 

Q:核电的发展近况如何?可控核聚变的未来发展有哪些主要问题和挑战?

 

A:在1997年,美国、英国、日本分别开展了燃烧等离子装置的实验,实现了接近临界增益条件的参数,并初步验证了磁悬浮技术链的科学可行性,其中日本的GT60实验装置通过使用氘作为燃料,实现了1.25倍的正能量增益,dada提振了学界对核聚变能够实现商业发电的信心。2000年以后,世界各国加速了实现国际热核聚变实验堆(ITER)计划的进程,以验证其工程可行性,为核聚变商业化迈出第一步。特别是近几年内,核聚变技术发展形成了加速过程。2021年,欧洲联合环(JET)实现了59兆焦的氘氚能量争议,美国实现了最高等离子温度达到4.4亿度,证实了科学上实现托克马克(Tokamak)反应堆Q值大于1的燃烧状态没有问题。接下来,可控核聚变的挑战主要集中在工程问题上,例如要在托克马克的大型实验堆上验证材料的耐用性和设备的稳定性,确保能够商业运行。物理难点在于验证高Q值的等离子体运行特性,特别是热量的有效排除和对几种重要材料的耐受性。在燃烧状态下,等离子体面向材料需要扛住高热流密度、电磁辐射和中子辐射的影响。超导磁体技术在聚变中的应用至关重要,低温超导材料正逐渐向高温超导材料发展,以在更小的空间产生更高的磁场,减小装置尺寸。此外,面向等离子体最近的包层材料和技术、靠近下部偏离器的材料以及耐辐射的遥操作系统等都需要充分验证。材料问题一直是核聚变发展的关键挑战,聚变堆结构材料对整个核能系统的安全性至关重要。对于长期高功率运行和高能中子辐射状态下,材料性能退化是工程界关注的焦点。聚变堆材料的制备、性能检测等流程需要在商业电站建设前五年完成。燃料方面,闭式燃料循环与穿源的增值是研究热点,以保证有效的聚变堆长期燃料供给。此外,维护聚变电厂的运行可靠性和维修便利性也非常关键。由于材料尚未批量化生产,成本较高,但批量化建造将为主要材料成本降低提供空间。例如,中国参与ITER计划初期,超导导体价格很高,但十年后由于产能扩张和供应能力提升,成本下降了七八倍,对聚变堆建设成本影响显著,提升了其经济竞争力。可见,批量化建造对于降低聚变生成成本具有巨大影响,整体而言,经济性方面存在深入挖掘的空间。

 

Q:目前核聚变项目是否已经进入工程化阶段?

 

A:目前核聚变项目还没有完全进入工程化阶段,仍然处于实验阶段。目前国际上正在建设的诸如ITER这样的项目,核心目标是验证能否实现输出能量大于输入能量,即能量增益。这些实验堆主要用于验证核聚变的科学目标是否真正实现,以及初步验证相关工程技术。尽管有一些工程化元素,但实验堆的任务是有所限制的,例如它们运行时间较短,不能长时间稳定运行而不再添加新燃料。只有当实验堆阶段的目标都达成后,我们才能进入建设真正工程化的示范堆阶段。

 

Q:要进入核聚变技术的工程化应用阶段需要达成哪些目标?

 

A:工程化的核聚变技术需要满足几个关键条件。首先,其输出的电能必须显著大于消耗的电能,以证明其作为发电站的实用价值。其次,工程化堆需要能长时间稳定运行,而不需要新增燃料,彻底解决燃料循环的问题。工程化还需要提供长期的环境以验证材料和部件的稳定性。一旦工程化示范堆验证成功,证明能够达到所定的目标,就没有必要建造多个工程化堆,直接转向建设第一个商业化电站将是下一步。这时候的实验堆可能不再是主要的焦点,但还有可能会用于验证不同的单元技术或特定功能。

 

Q:国内目前有哪些大规模的聚变项目在建或即将建设?此外,有哪些主要的小型核聚变科研团队?

 

A:国内主要的大规模聚变项目为中国科学院合肥物质科学研究院的等离子体物理研究所和中科集团下属的西南物理研究院主导的聚变联盟,以及环673号这样的升级版装置。这些设施属于实验堆的范畴。同时,一些科研小组如上海的能量基点公司、清华大学工程物理系支持的陕西星环聚能公司,以及新奥集团下属的能研究院,这些民营企业主导的团队正通过紧凑型小型化路线进行深耕。他们分别在不同的技术方向上进行研发,例如高温超导磁体的应用、球形托克马克和ICRH加热技术。核聚变项目主要分为两大研发方向:一种是国家队主导的大型项目,另一种是以轻投资为主的小型单元技术项目。

 

Q:大型和小型核聚变堆的投资额分别是多少?

 

A:大型的核聚变堆投资额通常在百亿量级,而小型堆,则采用小步迭代的方式进行投资,一开始建设的装置可能只需要大约一个亿左右,一些甚至只需几千万。投资额取决于初步科学目标的实现以及后续融资计划,初期主要使用启动资金达到首要研发目标,之后再进行新一轮融资建设更大尺寸或更高参数的聚变装置。

 

Q:托卡马克设备的各个零部件的投资额占比如何?

 

A:以超导托克马克为例,磁体系统的成本占比最高,大约为总成本的30%到35%。其次是加热系统或电源系统,这些辅助系统占总成本的大约20%到30%左右。燃料系统和低温系统分别占总成本的大约6%。真空室和外杜瓦大约占5%,而其它系统占比更少,可能在1%到3%之间。超导磁体因为成本高,所以占比最重,而结构性材料如低活化马氏体钢的制造工艺挑战性大,所以在成本上也较为显著。

 

Q:国内有没有考虑过聚变和裂变混合的发展路线?

 

A:聚变裂变混合堆在国内曾经被立项,但后来被从发展规划中取消了,并不是因为它没有商业化前景,而是因为它不是终极解决方案。这种混合堆虽然具有聚变安全性的特点,不产生长半衰期的放射性废物,但依然无法摆脱裂变产生的问题,即产生长半衰期的高放射性废物。尽管如此,由于实施难度较低,目前中国还是在积极推进此类技术来验证聚变堆的可行性,且发改委层面目前对其发展持支持态度,但整个发展规模预计不会太大。

 

Q:研究主要集中在非氘氚聚变还是涉及氘氚聚变?氘氚聚变难度是否更大?

 

A:目前研究包括氘氚聚变。采用氘氚燃料,聚变反应的时长会更长,需要对燃烧层的物理特性进一步研究。针对高约束稳态模式,我国已经取得403秒的高位数稳态运行世界记录,并在一些实验装置上开展了这方面的研究。到2025年左右,预计可以有两种理论模型和经验,为后续建设商业聚变电站和进一步燃烧等离子体理解提供重要基础。

 

Q:仿星器技术是否会替代托卡马克装置?

 

A:仿星器是一种辅助技术路线,具有内在的稳定性和更长的运行时间优势,但其约束性能不如托卡马克,聚变功率密度较低。制造成本较高,整个三维结构复杂。目前,只有德国和日本可以制造出仿星器。尽管仿星器不能完全替代托卡马克,但随着技术进步,如3D打印技术,仿星器有很大的发展潜力。基础设施上,仿星器同样需要超导磁体产生磁场。

 

Q:托卡马克技术发展现状如何?各初创公司的托卡马克技术是否有很大差异?

 

A:托卡马克技术在现阶段还没有统一的标准,100个托卡马克可能长得不一样。这是由于在试验阶段,科学家会根据实验需要调整装置的形状和比例等参数。但这并不意味着后续每建造一个托卡马克都会有差异。目前的物理设计集成了上百个托卡马克的经验参数,从而优化了整体设计。在未来实验运行中,将寻找到最优的设计方案,并逐步定型。基本上装置的组成部分不会有大的变化,最多在材料或者尺寸上进行调整。

 

Q:高温超导和低温超导的发展状况如何?对它们未来的发展有何看法?

 

A:高温超导技术并不是一个新产物,自2000年左右就已经开始从实验室阶段进入工业界。高温超导之所以受到关注,是因为它能提供更强的磁场,在实现等离子体约束的条件下可以减少装置尺寸和运行成本,提升性价比。然而,高温超导磁体在机械性能上不如低温超导材料强。高温超导带材的机械韧性较差,绕制时容易断裂。此外,高温超导的检测技术还不够成熟,维护成本高。因此,在建造托卡马克时可能采用更为保守的低温超导磁体,为了保证科学目标的实现,同时验证新技术。不过,随着高温超导的量产,成本将降低,可靠性增加,高温超导材料有望成为核聚变磁体制备的主要材料。


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