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主题:【原创】从过去的龙年看未来的中国(连载) -- diamond

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家园 (三)力量源泉 B.未来能源

上一篇:(三)力量源泉 A.清洁能源

B.未来能源

很多人对于核能的使用存在着根深蒂固的恐惧,美国的三哩岛、前苏联的切尔诺贝利和日本的福岛核事故更是加深了这种恐惧。是的,核电站是具有危险性的,但核能也是目前唯一能把人类文明带入更高级阶段的能源,否则,在耗尽化石能源之后,仅仅依靠水电、风电和太阳能的话,连维持现有的能源消耗都不够,人类社会必将陷入衰退甚至灭亡,在这个问题上没有退路可言。试想,如果祖先们在点燃火堆的时候出于害怕被烧伤而放弃,那我们的现在将会怎样?千万年来不知有多少人葬身火海,我们从未因此放弃用火,同样,也没有必要因为害怕而放弃核能。我们要做的是想办法让核能变得更安全,是去驯服核能而不是逃避核能,正如我们的祖先当年驯服了火而不是象其它野兽那样逃开了事。

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更何况我们的技术是在不断地进步的,核电站的安全性也随之变得越来越高。核电站实现安全的方式可分为主动安全和被动安全两种。主动安全的方式依赖于安全设备或人员的监控,如果核设施发生异常,这些设备或人员就会采取动作,将核设施重新置于安全的状态。而一旦这些安全设备发生问题,核电站的安全就会失去保护。前苏联的切尔诺贝利核电站是第一代核电站,发生核事故是由于人为关闭了安全措施造成的。日本福岛核电站属于第二代核电站,发生核泄露则是由于海啸破坏了核电站的后备电源,再加上后续抢救不力,使得安全控制措施因断电而失效,最终导致反应堆完全失控。而被动安全方式则不需要安全设备或人员的主动介入,一旦出现意外,反应堆会自动熄灭,从根本上避免核事故的发生。

AP1000和高温气冷堆分别代表最先进的第三代和第四代核电站技术,是目前最好的核能利用方式,和之前的核电站相比,安全性得到了极大的提高,二者是被动安全式的。而在被动安全措施中,又可以再分为技术安全和原理安全两种,前者依靠被动式技术来实现安全,后者则是从反应堆工作的物理原理上杜绝了发生熔堆的可能。AP1000采用的是被动安全式技术措施,无需任何外部或内部动力供应,依靠自然重力就能发挥作用。

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而高温气冷堆则更加安全,其安全性是由物理原理保证的,是由反应堆内部的工作方式决定的,不依赖于任何主动式或被动式的外部安全设备,失去冷却后会自我控制反应温度,不会发生堆芯熔化。2011年9月,由国际原子能机构组织,在国家核安全局的批准和监督之下,清华大学研制的10兆瓦高温气冷堆进行了“不插入控制棒下反应堆丧失冷却”的核安全实验演示实验,来自30多个国家的60余位国际原子能专家在现场观看了实验,实验中该反应堆的安全性得到了验证。不过高温气冷堆也有自己的短板,那就是单堆功率较小,最大电输出功率只能达到10万千瓦左右。

在核电关键设备方面,中国也取得了相当的进展。2013年8月,位于四川德阳的东方电机为台州核电站制造出了目前世界上最大容量核能发动机,总功率1750兆瓦,用于第三代EPR压水堆。

从人类已经掌握的知识来看,核能的利用方式有两种,除了前面提到的核裂变,最有希望给人类带来崭新未来的是可控核聚变。可控核聚变的技术关键有两个,一个在于必须把原子核极为紧密地压缩到一起才能引发核聚变,因此聚变反应必须在极端高温高压的情况下进行,世界上没有任何材料可以承受这种温度和压力;另一个在于聚变反应会释放出极其巨大的能量,而这种能量会吧参与反应的核材料打得飞散,造成反应中断。所以,如何产生和保持核聚变所要求的极端高温高压是达成可控核聚变的关键问题。另外,如何把聚变产生的巨大能量转化成电能也是个问题。

现在世界上对于可控核聚变的研究方向有两个,一是惯性约束可控核聚变,用高能激光照射包含核材料的小球,使之发生聚变反应,并且利用原子自身的质量惯性使其在飞散之前完成核反应;另一个是磁约束可控核聚变,利用强磁场产生的力把核材料约束在足够小的空间之内,使其连续发生核聚变反应。

前面说过,中国发展高新技术的策略是全面竞争,所以这两种核聚变方式的研究是一个不能少,同时展开了两个研究方向。要知道,可控核聚变代表了人类最尖端的科技水平,其涉及的产业链之广、技术之高、理论之深、花费之巨,都是难以想象的,即便是美国也只开展了惯性约束和非超导磁约束的研究方向,而中国能同时开展惯性约束和全超导磁约束两个最前沿方向的研究,并且一个处于紧随的水平,另一个已经是领先的水平,足见中国的工业和科技水平已经达到了怎样的一个程度。

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惯性约束可控核聚变和核武器有着千丝万缕的联系,其本质就是用激光打击含有核材料的靶球,从而有控制地引发微型氢弹爆炸,实际的氢弹爆炸则是不受控的惯性约束核聚变,所以世界上只有少数几个核大国才有资格有能力进行研究,目前是中、美、法三家。中国从六十年代激光刚出现的时候就开展了这方面的理论探讨,七十年代开始激光研究和打靶实验,八十年代建造了神光I装置,从九十年代开始启动神光II工程,2007年开始建造神光III装置原型。

实现可控核聚变的另外一种方式,也是最有希望成功的方式,是基于磁约束的受控核聚变。在这方面中国是和是世界同步的,从50年代起步到现在,相关研究和实验始终没有中断。1984年,中国建立了自己的第一个可控核聚变实验装置――环流器一号,此后又陆续建立了多个实验装置,直到东方超环。

东方超环是一个中国主导的国际合作项目,用于研究磁约束可控核聚变,中国科学家创造性地提出了全超导非圆截面的方案,使装置的运行指标大为提高。其中关键的中性束注入系统完全由中国自行研制,涵盖了精密的强流离子源、高真空、低温制冷、高电压及隔离技术、远程测控及等离子体和束诊断等多个科学技术领域。

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在东方超环装置中,核聚变容器是其中最核心的部件,内部是上亿度的核聚变反应区域,释放出能量巨大的各种辐射,外面是接近于绝对零度的超导线圈,里面运行着巨大的电流,产生出强大的磁场。整个装置是在超大电流、超强磁场、超强辐射、超高真空、超级高温和极端低温等极端条件下运行的,这对设计、制造、材料、工艺等诸多方面都提出了极为严苛的要求。特别是其内壁材料,需要承各种受极端条件的考验,是目前人类研制出的工作条件最严酷的材料,被称为“第一壁材料”。在其研制过程中,中国科学家突破国外的技术封锁,独立研制出了核聚变反应容器的关键内壁材料,并且成为国际核聚变试验堆的供应方。除此之外,中国还自己研制出了该反应堆所必须的其他很多关键部件和核心零件,并由此形成了全套的超导磁体设计、制造和综合实验测试能力。

从当前的进展来看,磁约束可控核聚变是最有希望的突破方向。而中国在这方面取得的进展是全球最领先的,也是最接近于实际应用的。如果这项研究能够取得成功,将是自人类学会用火以来最大的技术突破,成为把人类带出地球摇篮、走向星辰大海的动力。

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家园 沙发花宝

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作者,声望:1;铢钱:0。你,乐善:1;铢钱:3。本帖花:1

家园 感谢分享您的智慧,略生感慨

早年三峡立项开工的时候,除了环保问题,在财政上几乎快要“举全国之力”了。到了现如今,这种规模的建设项目,已经是想上就上了。

三峡水电背负了太多的东西,连地震都要煞有其事的诟病其主因,更不要说对前李中堂的毁誉了。

家园 高温气冷堆单堆功率小是否意味着成本高,

还是意味着不容易布置,无法在可接受的范围内布置足够多的堆,无法形成足够大的能力?

家园 这一篇看着最可喜,星辰大海

未来无止境!

家园 张养浩的这几句现在已经成了一些人的口头禅了

殊不知张养浩那个时代,生产力低下,在女真人治下的汉人还要承受低人一等的歧视,焉得不苦?

忘记了时代背景,这几句曲就可以随便贴了吗?显然不能。

现在的生活显然已经超越张养浩的时代太多,现在的苦显然也是张的时代不能比的。

不过如果苦只是指需要奋斗,需要艰苦努力,我认为,任何时代人都少不了。不苦的人生就是中东油霸的生活,我不认为那样的生活有任何未来和希望。

家园 具棒子声称,在热核领域和中国不相上下,氢弹棒子没有,这个

热核反应堆棒子什么水平?

家园 有可能,但这是两回事.

前年韩国拿下了阿联酋50亿美元的订单呢,而且中国好像也去竞标了,对棒子这样的后起国家,而且是小国,达到这种高度给中国的震动不是一般的大。

另外,中国早早拥有氢弹这个不必说,但是民用核电站直到90年代初仍然只有2、3个初级水平的应用,其核能应用水平与战败国日本拥有几十个核电站的水平相差远矣!基于这个事实判断,当时的中日两个只能说是各有千秋,中国在核武器深度方面领先较多,但总体核人才核原料储备只怕是远远不如。

当然这是我一个外行人根据公开信息与逻辑推论出来的,不一定对。

家园 K-STAR

可控聚变和氢弹没有什么必然联系,只是原理相同而己。

但是难度比氢弹要大十倍。当然也可以理解为:可控聚变能搞出来,氢弹自然不在话下。

家园 主要是体积功率问题

高温气冷堆的功率小不一定就成本高,从其特点来看,发电效果高意味着单位发电成本低,固有安全性可以降低其安全成本,由于其建造相对简单、周期短,这方面的成本也会低一些;至于核原料价格、机组成本等,还处于示范应用阶段,成本问题不大好讨论,如果能推广的话估计不会比压水堆贵。

高温气冷堆的主要缺点是功率小,所谓功率小,确切地说,是单位体积的功率小,或者说,没有办法做出功率足够大的单个反应堆。压水堆等形式的反应堆,可以根据需要做成大功率或者小功率的,当然,体积也相应的扩大或者缩小。而高温气冷堆本身的反应原理决定了,不能做大功率的,只能做小功率的。

兄台指出“不容易布置,无法在可接受的范围内布置足够多的堆”,这确实是个问题,特别是对核潜艇而言。这在地面不是什么大问题,大不了把核电站的面积扩大一点就是了。但在空间和重量都有严格限制的核潜艇上,这就是个真正的问题了,所以指望高温气冷堆上潜艇是不大现实的。不过也许可以上航母,美国航母的核反应堆是两个压水堆、总功率20万千瓦,航母上的空间和重量要宽裕得多,换成两个10万千瓦的高温气冷堆刚刚好,也许还能配上高温超导电动机、电磁弹射......,纯属个人野望,呵呵。

通宝推:桥上,
家园 他们声称的,可能是另外一个位面的情况

韩国和中国比战略技术:

韩国政府今天发布的一份报告遗憾地指出,2012年韩国在国家战略技术水平上仅仅领先中国1.9年,而且中国有13项技术已经赶超韩国。

据韩媒报道,这份报告总共统计了120项“国家战略技术”,其中韩国有29项技术领先中国3-7年,68项技术领先中国1-3年,还有9项技术领先中国不到1年。此外,有13项技术中国已经赶超韩国。

韩国和美国比战略技术:

报告还指出,与全球技术强国美国相比,韩国的战略技术落后4.7年,较2010年的5.4年缩短了0.7年。报告称,韩国120项国家战略技术水平为美国的77.8%,较2010年出现小幅提升。其中,韩国水平最高的为电子、信息和通信领域,但与美国的差距仍有2.9年。在航空航天领域与美国的差距为10.4年,技术水平为美国的66.8%。

G2,你们颤抖了没有?!

一个多次失败后、刚刚借用俄罗斯的一级火箭完成了航天发射的国家,和一个拥有反卫星、捕捉卫星、中段反导、载人航天、航天员出舱、探月工程、深空探测、卫星导航、全球卫星数据链的国家比宇航技术:

今年初,经历多次故障和推迟后,韩国才终于成功发射了自己的第一枚运载火箭(一级火箭购买自俄罗斯),因此韩国人承认,面对有着几十年航天发射经验、2012年航天发射次数世界第一、载人航天器和“天宫”实验室纷纷上天的中国,他们在航天技术上还是有差距的:“火箭开发技术(7.2年)、宇宙勘探和系统技术(6.1年)、航天飞行器开发及监控运营技术(4.5年)、未来型载人航天技术(3.8年)等航天领域,中国技术远高于韩国”。

宇宙大国真不是白叫的,只剩几年的差距了,好怕怕哦!

至于说韩国的可控核聚变,大概是指的这个吧:

国际热核聚变实验堆(ITER)计划是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。它的建造大约需要10年,耗资50亿美元(1998年值)。合作承担ITER计划的7个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国,这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家,覆盖的人口接近全球一半。

具体情况可以参见:外链出处

这个项目主要是在法国建造,中国以核心设备入股,包括最关键的反应炉内壁材料、铠装电缆超导导体等等,韩国不过是出钱掺和掺和罢了,情况就和印度“参与”F35的研制差不多。要是按照韩国的逻辑,印度也可以宣称在隐形战机方面和美国差不多了。

中国的EAST是创新思路、自主制造的,是世界上仅有的四个大型全超导托卡马克装置之一(其他三家是法、俄、日,对,你没看错,其中没有美国),是其中唯一采用非圆截面的、核心组件全部是中国自己设计制造的、关键零件制造独步全球、技术指标傲视全球,是ITER的核心技术来源。鲲鹏翱翔九天,怎可与蚊虫相提并论。

通宝推:gaojiyuedu,忧心,
家园 好帖!

好帖!拜读!楼主康忙!

家园 这个是核裂变,不是核聚变,这里说的是热核领域.
家园 Iter和伽利略一样

兔子试图加入欧盟发展计划来进行技术跨越,后来发现欧盟实在磨洋工,还不如自己干,我知道一点Iter,60%以上的项目拖期,中国在边上看着干着急。北斗干脆抢了伽利略频段,合法的!也是抢了伽利略的频段欧盟才有点着急。

K-STAR
家园 可能是千倍,万倍

10倍的话应该突破了,现在美国的NIF点火都没实现,不要说能量引出、靶丸高速制造等超难度技术,所以有人说惯约就是白头鹰就是在解决能源问题的幌子下做氢弹小型化试验。

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