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可控核聚變研究突破引關注
2019/8/28 6:01:48    新闻来源:中国能源报
 《 中国能源报 》( 2019年08月26日   第 07 版)

  本報訊 近日,美國能源部(DOE)下屬的橡樹嶺國家實驗室(ORNL)宣布稱,利用超級計算機的超級算力及人工智能,該實驗室解決了目前可控核聚變規模化面臨的一項重要問題,人工智能能夠有效預測核聚變反應等離子體的不穩定性活動,爲可控核聚變反應提供了預警時間,有望推動可控核聚變的商用進程。

  一直以來,可控核聚變技術是世界各國爭相研究的熱點之一。核聚變反應是太陽能量的主要來源,建造可控的核聚變裝置將幫助人類實現對這一能源高效利用,“人造太陽”的科技突破則將爲人類帶來源源不斷的清潔能源。

  就目前科學進展來看,可控核聚變實驗的首要挑戰就是實現高溫聚變等離子體的穩定供能。等離子體是一種高溫離子及自由電子的混合體,核聚變反應過程中將形成高溫等離子體,這也正是核聚變反應的能量來源。如何讓等離子體保持穩定的能量生産狀態,是當前人類社會實現可控核聚變的重要一環。

  在最新研究中,ORNL實驗團隊利用超級計算機的超級算力,運用人工智能算法對等離子體的活動進行了預測,爲未來核聚變裝置的有效控制和優化打下了基礎。

  ORNL撰文指出,核聚變過程中等離子體的破壞能夠在頃刻間發生,爲維持等離子體穩定性,提前預警並采取相應措施將變得尤爲重要。該實驗負責人Bill Tang表示,這一算法是目前最爲准確有效的預測,在核聚變等離子體“崩塌”前提供足夠的預警時間,科研人員能夠利用這一事件對等離子體降溫,或找到避免“崩塌”的方法。一旦運用到實踐中,將有望爲科研人員提供足夠的應急響應時間。

  據了解,這一項實驗成果使用了目前全球兩大托克馬克裝置DIII-D及歐洲聯合環狀反應堆(JET)現有的實驗數據。美國DIII-D托卡馬克裝置建成于1980年,而JEC則建成于1983年,近幾十年來可控核聚變研究熱度不減,由全球七個國家參與的國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)則計劃在2025年開始等離子體實驗。

  美國科普雜志《科學美國人》曾撰文指出,利用可控核聚變反應可能有望解決當前全球變暖的問題,核聚變能量將消除人類對化石能源的依賴,並克服可再生能源不穩定性的缺點。更爲重要的是,核聚變能源將不會像核裂變一樣産生危險的核輻射。同時,自然界中存在大量核聚變所需的原料,海水中氫的同位素將取之不盡。

  可控核聚變作爲未來能源中“最有潛力”的一環,近幾個月來,歐美國家也在不斷“加碼”這一科研領域的投入。

  據英國《鏡報》消息,8月12日,新上任的英國首相鮑裏斯·約翰遜(Boris Johnson)宣布在“脫歐”後,將爲位于英國牛津郡的核聚變研究機構Culham Science Centre持續提供資金支持。

  自英國宣布“脫歐”以來,業內人士就對英國未來科學研究表示了擔心,但一向支持“硬核脫歐”的鮑裏斯卻對可控核聚變領域尤爲關注。

  Culham Science Centre作爲英國原子能管理局旗下科研機構,是國際核聚變研究機構ITER的核聚變研究工作。據了解,超過350名科學工作者及工程師參與該實驗室項目,歐洲原子能共同體(Euratom)每年爲該機構的核聚變研究提供數千萬英鎊的研究經費,一旦英國實現“無協議”脫歐,該機構可能不得不退出Euratom,科研經費則可能面臨中斷。

  爲此,鮑裏斯在參觀這一研究所後,立即宣布將爲英國科研“超負荷充電”,維持這一研究機構的資金來源,並宣布將爲歐盟國家科學家提供快速簽證,保證科研交流往來。

  另外,美國對核聚變研究的科研支持也熱度不減。今年7月底,位于美國聖地亞哥的托卡馬克實驗室DIII-D宣布收到美國能源部1400萬美元科研經費,這一資金將繼續支持開發、探究和維持高溫聚變等離子體的方法。

  美國科學部副部長Paul Dabbar公開表示稱:“核聚變仍然是世界上最有希望的潛在能源之一。這項旨在實現核聚變反應堆穩態運行的研究,將是聚變向可持續能源發展道路上的一個重要裏程碑。”

  (李麗旻)

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