聚变反应堆中的真空

 

以太阳为原型

由于全球变暖和气候变化不断持续,从替代来源获取清洁能源的需求不断增长。多年 来,科学家一直在尝试以太阳为模板,在地球上制造人工太阳,以产生能源。其中涉 及核聚变反应,即氢原子核聚变形成氦原子核。复制太阳上普遍存在的极端条件是最 大的难点——因为这颗位于我们太阳系中心的恒星,其环境与地球上的完全不同。

核聚变原理
太阳上发生核聚变时,表面温度可达到约 6,000 摄氏度。而为将 核聚变原理运用在地球上以产生能源,需要复制太阳上的反应。 在此,真空技术起着关键作用,因为太阳被真空包围。

被称为核聚变反应堆的大型实验设施用于在地球上再现太阳的环 境。

核聚变反应堆是一种技术设施,原子核在其中经由可控的热核反 应发生聚变。核聚变过程的目的是产生电力,因为在原子核聚合 时将释放出巨大的能量。

目前,有两种常见反应堆:托卡马克反应堆和仿星器反应堆。这 两种反应堆的工作原理基本相同,不同之处在于产生磁场的线圈 形状和布置方式。在两种反应堆中,氢或氢的同位素被加热至 1.5 亿摄氏度。为了产生所需的热量,等离子体需在真空中自由悬 浮,因为与其他微粒或墙壁接触均会导致热量散逸。因此,通常 要借助超导电磁铁产生场强高达 10 特斯拉的磁场。随后通过电热 或电磁波加热等离子体,若条件适宜,即可触发核聚变。

Wendelstein 7-X 反应堆主安装阶段完成前不久,摄于 2014年 3 月
Wendelstein 7-X 反应堆主安装阶段完成前不久,摄于 2014年 3 月(图片:IPP, Beate Kemnitz)

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