《重大突破!我国掌握可控核聚变高约束先进控制技术》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-08-28
  • 8月25日下午,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题,是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑,标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。

    为实现聚变能源,需要提升等离子体综合参数至聚变点火条件。磁约束核聚变中的高约束模式(H模)是一种典型的先进运行模式,被选为正在建造的国际热核聚变试验堆(ITER)的标准运行模式,能够有效提升等离子体整体约束性能,提升未来聚变堆的经济性,相较于普通的运行模式,其等离子体综合参数可提升数倍。

    可控核聚变作为面向国家重大需求的前沿颠覆性技术,具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势,是目前认识到的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一,对我国经济社会发展、国防工业建设具有重要战略意义。可控核聚变是我国核能发展“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略体系的重要组成部分,是解决国家能源需求、助推“双碳”目标实现、促进能源新体系构建和保障国家能源安全的关键科技变量。

    在实现百万安培等离子体电流高约束模式运行的基础上,新一代人造太阳“中国环流三号”团队,将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术,实现堆芯级等离子体运行,研究前沿聚变物理,为我国开展聚变燃烧实验、自主建造聚变堆奠定坚实基础。

  • 原文来源:https://www.in-en.com/article/html/energy-2326798.shtml
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  • 《可控核聚变研究突破引关注》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-08-28
    • 近日,美国能源部(DOE)下属的橡树岭国家实验室(ORNL)宣布称,利用超级计算机的超级算力及人工智能,该实验室解决了目前可控核聚变规模化面临的一项重要问题,人工智能能够有效预测核聚变反应等离子体的不稳定性活动,为可控核聚变反应提供了预警时间,有望推动可控核聚变的商用进程。 一直以来,可控核聚变技术是世界各国争相研究的热点之一。核聚变反应是太阳能量的主要来源,建造可控的核聚变装置将帮助人类实现对这一能源高效利用,“人造太阳”的科技突破则将为人类带来源源不断的清洁能源。 就目前科学进展来看,可控核聚变实验的首要挑战就是实现高温聚变等离子体的稳定供能。等离子体是一种高温离子及自由电子的混合体,核聚变反应过程中将形成高温等离子体,这也正是核聚变反应的能量来源。如何让等离子体保持稳定的能量生产状态,是当前人类社会实现可控核聚变的重要一环。 在最新研究中,ORNL实验团队利用超级计算机的超级算力,运用人工智能算法对等离子体的活动进行了预测,为未来核聚变装置的有效控制和优化打下了基础。 ORNL撰文指出,核聚变过程中等离子体的破坏能够在顷刻间发生,为维持等离子体稳定性,提前预警并采取相应措施将变得尤为重要。该实验负责人BillTang表示,这一算法是目前最为准确有效的预测,在核聚变等离子体“崩塌”前提供足够的预警时间,科研人员能够利用这一事件对等离子体降温,或找到避免“崩塌”的方法。一旦运用到实践中,将有望为科研人员提供足够的应急响应时间。 据了解,这一项实验成果使用了目前全球两大托克马克装置DIII-D及欧洲联合环状反应堆(JET)现有的实验数据。美国DIII-D托卡马克装置建成于1980年,而JEC则建成于1983年,近几十年来可控核聚变研究热度不减,由全球七个国家参与的国际热核聚变实验反应堆(ITER)则计划在2025年开始等离子体实验。 美国科普杂志《科学美国人》曾撰文指出,利用可控核聚变反应可能有望解决当前全球变暖的问题,核聚变能量将消除人类对化石能源的依赖,并克服可再生能源不稳定性的缺点。更为重要的是,核聚变能源将不会像核裂变一样产生危险的核辐射。同时,自然界中存在大量核聚变所需的原料,海水中氢的同位素将取之不尽。 可控核聚变作为未来能源中“最有潜力”的一环,近几个月来,欧美国家也在不断“加码”这一科研领域的投入。 据英国《镜报》消息,8月12日,新上任的英国首相鲍里斯·约翰逊(BorisJohnson)宣布在“脱欧”后,将为位于英国牛津郡的核聚变研究机构CulhamScienceCentre持续提供资金支持。 自英国宣布“脱欧”以来,业内人士就对英国未来科学研究表示了担心,但一向支持“硬核脱欧”的鲍里斯却对可控核聚变领域尤为关注。 CulhamScienceCentre作为英国原子能管理局旗下科研机构,是国际核聚变研究机构ITER的核聚变研究工作。据了解,超过350名科学工作者及工程师参与该实验室项目,欧洲原子能共同体(Euratom)每年为该机构的核聚变研究提供数千万英镑的研究经费,一旦英国实现“无协议”脱欧,该机构可能不得不退出Euratom,科研经费则可能面临中断。 为此,鲍里斯在参观这一研究所后,立即宣布将为英国科研“超负荷充电”,维持这一研究机构的资金来源,并宣布将为欧盟国家科学家提供快速签证,保证科研交流往来。 另外,美国对核聚变研究的科研支持也热度不减。今年7月底,位于美国圣地亚哥的托卡马克实验室DIII-D宣布收到美国能源部1400万美元科研经费,这一资金将继续支持开发、探究和维持高温聚变等离子体的方法。 美国科学部副部长PaulDabbar公开表示称:“核聚变仍然是世界上最有希望的潜在能源之一。这项旨在实现核聚变反应堆稳态运行的研究,将是聚变向可持续能源发展道路上的一个重要里程碑。”
  • 《“深度思维”尝试解决世界难题,AI首次控制核聚变》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-02-18
    • 尽管无限清洁能源还有很长的路要走,但这次,“深度思维”正在尝试以世界级的人工智能体解决现实难题。这家总部位于英国的人工智能公司与瑞士洛桑联邦理工学院合作,训练了一种深度强化学习算法来控制核聚变反应堆内过热的等离子体并宣告成功。这一突破发表在《自然》杂志上,可帮助物理学家更好地了解聚变的工作原理,加速无限清洁能源的到来。 托卡马克内部的等离子体。 “这是强化学习在现实世界系统中最具挑战性的应用之一,”深度思维研究员马丁·利德米勒表示。而“人工智能,特别是强化学习,特别适合解决托卡马克中控制等离子体的复杂问题。”所谓托卡马克,是一种可以容纳核聚变反应的容器,其内部呈现出一种特殊且混乱的状态:氢原子在极端高温下“挤作一团”,产生旋转着、翻滚着、比太阳表面还要炽热的等离子体汤,而磁场线圈会限制等离子体粒子,以使等离子体达到聚变所需的条件。换句话说,控制和约束这种等离子体的方法,就是核聚变迈向成功的关键,也将是人类社会未来清洁能源的源泉。 在最新论文中,“深度思维”详细介绍了可自主控制等离子体的AI。控制等离子体需要不断监测和操纵磁场,团队训练其强化学习算法在模拟中执行此操作,一旦它学会了如何控制和改变虚拟反应堆内等离子体的形状,研究人员就让它控制了托卡马克中的磁体,他们发现,人工智能无需任何额外的微调就能控制真正的反应堆。 研究人员表示,使用AI算法控制等离子体,将使在反应堆内进行不同条件的实验变得更加容易,并可能加快商业核聚变的发展。AI在这其中学会了通过以人类以前从未尝试过的方式,调整磁铁来控制等离子体,这意味着,也可能会有一种新的反应堆配置可供探索。 总编辑圈点 在地球上控制核聚变很难。但现在,经过训练的AI神经网络,可以每秒接收90次不同的测量值来描述等离子体的形状和位置,并相应地调整磁体中的电压。这个强化学习算法,处理速度比以往任何方式都要快得多。对科学家来说,这是朝着一个非常令人兴奋的方向迈出的重要的第一步,因为如果确定有一个控制系统可以让我们如此接近极限但又不会超出极限,那么,人类就有了探索更多可能性的平台,也有了更强的信心,将AI用于推动人类文明的进步。