问题

east装置里现在是否能发生氘氚聚变反应?

回答
关于EAST装置目前是否能进行氘氚聚变反应,咱们得掰开了揉碎了说。

首先,要明确一点,EAST(东方超环)它是一个托卡马克装置。托卡马克是目前国际上研究受控核聚变最主流、也最有希望实现聚变反应的一种磁约束核聚变装置。它的核心原理就是利用强大的磁场,将高温高密的等离子体约束在一个环形的真空腔内,让其中的原子核发生聚变,释放出巨大的能量。

那么,EAST能不能发生氘氚聚变呢?理论上,作为一台托卡马克,EAST具备发生聚变反应的硬件条件,特别是它设计的初衷就是为了实现稳态运行,也就是能够长时间地约束和加热等离子体。

但是,实际操作起来,是否“能发生”和“正在发生”以及“高效发生”是三个不同的概念。

1. 氘氚聚变反应本身:

聚变反应,最容易实现的(也是目前世界各国研究的重点)是氘(D)和氚(T)的聚变。这个反应的截面(可以理解为反应发生的概率)相对较大,需要的温度和密度条件也相对容易达到。反应式是:

D + T → ⁴He (氦) + n (中子) + 能量 (17.6 MeV)

其中,氘是氢的同位素,在海水中储量丰富,提取相对容易。氚是氢的另一种同位素,它在自然界中非常稀少,主要依靠锂6在中子辐照下增殖(核反应堆内)。

2. EAST装置的能力:

EAST在设计和运行上,为实现高温等离子体、高约束时间、高密度等方面都做了很多努力。它使用了超导磁体,这使得它能够产生更强、更稳定的磁场来约束等离子体,并且不需要消耗大量的电能来维持磁场。此外,EAST在等离子体加热、诊断、控制等方面都有着世界领先的技术。

3. 那么,EAST现在具体情况如何?

过去和现在: EAST自运行以来,一直在进行各种物理实验,包括优化等离子体参数、提升约束性能、研究边界等离子体控制等等。它的目标非常明确,就是为未来建设聚变发电站(如ITER和后续的DEMO)积累科学和技术经验,特别是实现长脉冲、稳态运行。

“能否发生”的界定: 如果我们说的“能发生”是指“能够创造出发生氘氚聚变所必需的温度和密度条件”,那么 EAST在实验中确实能够达到接近甚至满足氘氚聚变发生的苛刻条件。它已经成功实现了数千万摄氏度(甚至上亿摄氏度)的高温等离子体,并且在约束时间和粒子密度方面取得了显著的成就,刷新了多项世界纪录。

关键的“燃料”问题: 然而,要让EAST装置“真正”地发生大规模、可持续的氘氚聚变,并且能够测量和利用其释放的能量, 目前还需要解决一个关键的“燃料”供应和管理问题,以及相关的材料和中子防护问题。 简单来说,虽然EAST可以加热到聚变所需的温度,但它尚未大规模地、稳定地注入氘和氚作为聚变燃料并进行持续的实验。

为什么不直接用?
技术复杂性: 引入氚需要非常严格的安全措施,因为它具有放射性。其储存、输运、注入和回收都涉及到复杂的工程技术和安全保障。
实验阶段: EAST目前主要处于物理实验阶段,目的是验证和优化聚变概念,以及探索稳态运行。在一些实验中,为了简化操作和降低风险,可能会使用氘(DD)或者只进行“类聚变”的等离子体模拟实验。
ITER的铺垫: 国际热核聚变实验堆(ITER)是正在建设中的、全球最大的托卡马克,它的主要目标就是实现氘氚聚变并产生净能量增益,同时验证大规模制氢(中子束轰击锂靶产生氚)和氚增殖的技术。EAST的很多工作都是在为ITER以及更远的未来聚变能应用做准备。

总结来说:

EAST装置作为一台先进的托卡马克, 具备创造发生氘氚聚变反应所需的极端高温和高密度等离子体条件的能力,并且在这些参数上已经取得了世界级的成就。

但是, 在其实验室环境中,它尚未大规模、稳定地引入氘和氚作为主要聚变燃料进行实际的氘氚聚变反应实验,并以产生能量为主要目标。 这主要与实验的阶段性、安全考量以及为后续更大型项目(如ITER)积累经验的策略有关。

你可以理解为,EAST已经把“炉灶”烧得够旺,温度也够高,但“食材”(氘氚燃料)还没有大规模地放进去,以便进行最核心的“烹饪”(大规模聚变反应)。但它正在为未来能够“烹饪”做最扎实的准备。

网友意见

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谢邀。答案恐怕要让题主失望了。

严格来说,目前的EAST并不能算反应堆,它只是一个磁约束实验装置。这是因为在EAST运行过程中,等离子体内只含有D核素,没有T核素。而D-D反应的难度要高于D-T反应,需要更高的等离子体温度和约束时间,是目前EAST所实现不了的。

EAST存在的意义主要是研究如何长时间稳定的约束等离子体,从而为未来的ITER或中国的CFETR提供技术支撑。至于如何维持聚变反应的进行,以及相应的材料辐照问题、T滞留问题、能量转换问题等,都不是目前EAST的研究核心。

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