风楼阁全国信息最新版介绍_风楼阁全国信息2024最新版_v风楼阁信息平台

热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

全球研究新发现:锂或助聚变发电厂高效利用氚

2025-08-01 08:15     来源:中国核技术网     聚变发电厂 利用氚

一项由九家机构全球合作开展的研究,为设计具有锂壁的聚变发电厂带来新发现,有助于充分利用稀有聚变燃料氚。

锂是未来商业核聚变关键成分托卡马克发电厂的关键元素,但其在托卡马克装置壁中对滞留燃料量的影响此前未明。此次研究发现,燃料滞留的主要驱动因素是共沉积,即燃料与锂一起被捕获,可能源于等离子体操作中直接添加的锂或先前沉积、磨损后再次沉积的锂。

研究还表明,运行中添加锂比预先在壁上涂锂,更能使等离子体核心到边缘产生均匀温度,利于创造商业聚变所需的稳定等离子体条件。该研究超越先前,通过考察托卡马克装置中锂壁行为,提供了更贴近商用聚变系统复杂环境的见解,有助于未来托卡马克装置更好管理氚。

这项发表于《核材料与能源》的研究,首次直接比较了聚变操作前后不同方式添加锂捕获的燃料量。操作中注入的锂粉主要作保护涂层,改善面向等离子体的表面,减少有害物质进入等离子体,还能促进共沉积。研究发现,等离子发射前涂覆的锂涂层厚度对燃料捕获量无显著影响,大部分燃料保留发生在等离子发射过程中添加锂时。

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的弗洛里安·埃芬伯格表示,因石墨壁腐蚀快且产生灰尘,托卡马克壁面材料转向钨等,需找到调节方法,锂是首选材料,粉末注入技术为实现全液态锂壁提供可行途径。一项计划正在制定,拟在PPPL的国家球形环面实验升级项目(NSTX-U)中包含锂注入器,最终包含面向液态锂等离子体的组件,该实验室还在研发名为球形托卡马克先进反应堆(STAR)的托卡马克装置。

参与研究的团队除PPPL外,还包括来自荷兰基础能源研究所(DIFFER)、埃因霍温理工大学、通用原子公司、桑迪亚国家实验室、奥本大学、田纳西大学诺克斯维尔分校、加州大学圣地亚哥分校以及美国能源部的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员。

锂可熔化形成自修复层,保护聚变容器内直接面对等离子体的部件,温度足够高时还能形成气体或蒸汽屏蔽保护容器壁。锂壁设计有助于稳定等离子体边缘、增强约束、提高功率密度,但也会导致燃料滞留,尤其是放射性、稀缺且受严格监管的氚。过量氚滞留会降低燃料可用性、复杂化氚燃料循环并带来安全和运行隐患。

研究强调,托卡马克设计中避免锂和燃料易积聚的冷壁区域至关重要,使用流动液态锂、保持较高壁温等技术可防止不必要的共沉积,引导氚到易管理回收区域。

研究期间,研究人员使用嵌入DIII-D墙砖的材料样本评估两种用锂方法,一种是在暴露于聚变等离子体前预先涂锂,另一种是将锂添加到插入墙砖的材料样品中并使用杂质粉末滴管系统暴露于聚变等离子体。结果表明,固态锂和氘共沉积比现有锂涂层产生更多燃料滞留,玛丽亚·莫贝计划加热瓷砖使锂液化后比较结果。

埃芬伯格称,这一步将使研究更接近聚变发电厂中锂的运行方式,液态锂最终能提供热保护和流动路径,回收再利用氚燃料。研究还有助于识别托卡马克装置中氚可能积聚的关键区域,了解燃料嵌入方式对使聚变能成为安全经济能源至关重要。

强磁场将大部分等离子体保持在托卡马克装置内呈甜甜圈形状,但部分粒子会逸出撞击容器内壁等部件,粒子被困或反弹各有优缺点,被困氚原子无法回收用于产生能量,反弹粒子会使等离子体整体温度下降,影响聚变反应。

PPPL的Shota Abe、Alessandro Bortolon和Alexander Nagy,通用原子公司的Tyler Abrams,桑迪亚国家实验室的Ryan Hood,奥本大学的Ulises Losada,田纳西大学诺克斯维尔分校的Jun Ren,加州大学圣地亚哥分校的Dmitry Rudakov,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Michael Simmonds、Dinh Truong,以及DIFFER和埃因霍温理工大学的Thomas Morgan也参与了研究。

该研究由美国能源部科学办公室聚变能科学办公室资助,使用通用原子公司运营的DIII-D国家聚变设施,还获得欧盟通过欧洲原子能共同体研究与培训计划的资助。



推荐阅读

英国原子能管理局续签900万英镑聚变能工程框架协议

英国原子能管理局(UKAEA)已与七家公司续签了耗资数百万英镑的嵌入式工程资源框架协议。此前,UKAEA已成功为该框架提供四年广泛工程资源,以支持其实现聚变能的使命。此次续签的框架价值高达900万英镑,旨在支持英国工业供应链能力发展。在该框架下,企业将有机会融入UKAEA开展聚变能研究的多个项目和计划领域,并提升自身工程师技能。UKAEA工程框架合同项目经理Gary Stables称,在UKAEA内部安插工程师是双赢之举。这些工程师既能推进关键聚变项... 2025-08-08

BREST-OD-300发电厂建设获关键设备

在托木斯克州谢韦尔斯克市的封闭式行政区划内,西伯利亚化工厂(隶属俄罗斯国家原子能公司燃料部门)第四代能源实验示范综合体(EDEC)建设工地,已接收一台汽轮机转子和一台涡轮发电机定子,这些设备将用于正在建设中的BREST-OD-300型新型反应堆发电厂。发电设备经北海航线和托木河运输,在河港转运后通过专用公路送达。此次运抵的涡轮发电机定子重245吨,长8米,高约4.5米,宽4.8米;水轮机转子重98吨,通过水运运送;发电机转子则通过铁路运送。股份公... 2025-08-08

日本截至2024年底钚总量约44.4吨 连续四年下降

8月5日,日本内阁府在原子能委员会例会上透露,截至2024年底,日本国内外持有的钚总量约为44.4吨。2024年日本各设施中分离钚的数量及设施间转移情况 原子能委员会其中,日本国内保有量约8.6吨,海外保有量约35.8吨(英国约21.7吨、法国约14.1吨)。与2023年底预计的约44.5吨相比,钚总量略有下降,且已是连续第四年下降。海外保管的钚是已委托英国、法国等外国进行后处理但尚未返回日本的,原则上将在海外加工成MOX燃料供国内发电厂使用。日本政府认... 2025-08-08

土库曼斯坦与国际原子能机构讨论2025-2029年新计划框架内合作

8月4日,土库曼斯坦外交部副部长阿赫迈特·古尔班诺夫与国际原子能机构副总干事刘华举行会晤,此消息由土库曼斯坦外交部新闻处报道。会晤中,双方强调了彼此间高水平的合作关系,尤其关注正在推进的联合项目,其中包括利用国际原子能机构在医疗保健领域的技术潜力。此外,双方还就土库曼斯坦政府与国际原子能机构协调2025 - 2029年国家发展框架计划草案的问题展开讨论,该草案计划将于近期签署。刘华在会谈中对土方举办第三次联合国内陆发展中国... 2025-08-08

通用公司将在帕迪尤卡建造价值 15 亿美元的铀浓缩设施

美国能源部环境管理办公室宣布,已和General Matter公司签署租约,将重新利用肯塔基州前帕迪尤卡气体扩散厂一块100英亩的联邦土地,用于建造新的私营部门国内铀浓缩设施。六氟化铀气瓶矗立在帕迪尤卡核电站的气瓶堆放场。(图片:美国能源部)租赁协议为General Matter公司提供至少7600个现有的贫化六氟化铀(DUF6)气瓶,用于未来再浓缩作业燃料。该公司由彼得·泰尔(Peter Theil)旗下风险投资公司Founders Fund投资,称该浓缩厂将成为该地区超10... 2025-08-08

阅读排行榜