《美国能源部2017年聚变能科学亮点报道》

  • 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: wukan
  • 发布时间:2018-03-19
  • 美国能源部12月19日公布了2017年聚变能科学亮点——“New Physics Understanding Provides Attractive Path for Developing Fusion Energy via a Steady-State Tokamak”。这来自于等离子体所龚先祖研究员和美国通用原子公司Andrea Garofalo博士共同领导的EAST/DIII-D联合实验研究,这也是中国磁约束聚变科学家们的相关成果首次被美国能源部官方媒体报道。  

    如何在低环向旋转下实现并维持高约束稳态运行模式是未来基于托卡马克的聚变实验堆(如ITER和CFTER)的科学难题之一。在EAST/DIII-D的联合实验中,由中美科学家组成的联合研究团队在DIII-D实验装置上发现了一种新的高约束等离子体维持机制,能够通过等离子体中较大的Shafranov位移及其带来的磁剪切抑制湍流,成功验证了低等离子体旋转的高约束稳态运行模式(H98≥1.5,fNI ~100%),在这种新的高比压稳态等离子体运行模式中远离磁轴的径向位置形成很强的内部输运垒(ITB @ rho ~ 0.6 - 0.7)。联合实验团队进一步从理论模拟和实验上系统地分析了环向旋转、等离子体压强和电流剖面对湍流抑制的机理。最近,实验通过反剪切的电流分布优化在q95 ~ 6.0和环向旋转接近于零的条件下首次实现了H98 ~1.75的高极向比压运行,数值模拟可外推高极向比压运行模式到ITER和CFETR的稳态运行并维持高约束模式。

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    • 编译者:APC
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    • 颇具影响力的能源部(DOE)咨询委员会建议美国积极开展聚变能源的部署,包括对技术和设备进行投资,以支持LLNL国家点火设施(NIF)的核心任务之一,为建立核聚变奠定基础。发展惯性聚变能(IFE)。 该报告称霸未来:融合与等离子体,由十二月份批聚变能科学顾问委员会(FESAC)。紧随其后的是2月美国国家科学,工程和医学研究院(NASEM)的报告,呼吁采取积极行动,尽快在2035年建造美国的试验性聚变电站。 FESAC的报告编制了两年,根据美国能源部科学办公室的聚变能科学(FES)计划,为美国的聚变能和等离子体科学提供了长达十年的愿景。NFS&PS物理学??家FESAC成员兼报告小组委员会的Tammy Ma说,LLNL是等离子体物理社区规划过程的主要参与者,该过程为该报告的十年战略计划奠定了基础。 FESAC和NASEM的报告都侧重于磁聚变能量(MFE)技术的发展,以法国的ITER实验为例;美国是参加ITER的35个国家之一,目前已完成了70%以上的目标,并计划在2025年首次进行等离子操作。 但是,这些报告承认必须同时追求包括IFE在内的其他政府和私人融合技术,而FESAC的报告指出,NIF在点火方面取得了“巨大进步” 。这两份报告都呼吁与联邦,国际和私人投资者建立合作伙伴关系,并概述了NIF一直致力于融合和等离子体研究的增长机会(请参阅“十年报告重点介绍了NIF对等离子科学的贡献。”) 报告中与LLNL工作有关的要点和建议包括: 即使在没有增长预算的情况下,也要重新启动IFE程序。 继续为与NNSA共同赞助的高能量密度实验室等离子体(HEDLP)计划提供强有力的资金支持。 在LLNL支持的SLAC国家加速器实验室中完成极端情况下物质(MEC)升级的设计和施工。 协调高强度激光研究计划(FES与其他联邦机构的合作)。 致力于开发由NIF&PS设计和开发的,类似于高重复频率高级PB激光系统的数兆瓦(万亿瓦)激光设备和美国的高重复频率高强度激光设备。先进的光子技术计划;HAPLS已于2017年6月交付给捷克共和国的Extreme Light Infrastructure Beamlines Facility。 强烈支持LaserNetUS,如果预算允许,可以进行积极的升级;LLNL的木星激光设备是LaserNetUS的成员,LaserNetUS致力于恢复美国的高强度激光研究 到2040年在美国建立一家聚变试点工厂。 强烈追求替代性和创新性融合概念。 最好与其他机构合作,建设和设计中型Z捏脉冲电源设施;LLNL目前正在桑迪亚国家实验室为Z机开发许多高级诊断程序。 为强大的公私合营计划提供支持。 “即使在预算不变的情况下,”报告负责人说,“做出了一定的准备,以确保以某种方式支持这些活动。无法建造新设施,但建议进行构思前的设计活动和技术开发。” 由能源部赞助的NASEM报告“将融合带入美国电网”描述了要使融合在2050年之前适时过渡到低碳经济中发挥作用所需要的科学和技术创新。NASEM计划要求进行试点到2028年进行电厂设计,并在2035年至2040年的时间范围内向电网增加聚变能。 报告说,几乎取之不尽的聚变能可以为美国电网提供清洁的,无碳的基准电力,在美国将其发电基础设施脱碳的过程中起着关键作用。聚变使用大量的氢燃料,不会产生长寿命或高水平的放射性废物。它本质上是安全的,并且是其他可再生能源的理想补充。
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    • 编译者:pengh
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    • NASEM于今年2月发表的报告《将核聚变引入美国电网》(bring Fusion to the US Grid),基于该委员会关于美国燃烧等离子体研究战略计划的2019年最终报告的工作。报告指出了支持美国核聚变试验工厂发展所需的关键目标和创新,其中许多目标和创新应该同时发展,以应对在2035年至2040年期间运营一个试验工厂的挑战。 该研究院说,美国在国际ITER核聚变项目上的投资以及能源部资助的研究取得的成果意味着,只要必要的资源得到优先考虑和分配,美国就可以开始规划其第一个核聚变试验工厂。 普林斯顿等离子体物理实验室核聚变研究副主任、撰写该报告的NASEM委员会主席Richard Hawryluk说:“美国核聚变领域从一开始就一直是核聚变研究的先驱,现在有机会将核聚变推向市场。” NASEM说,将核聚变作为一种能源需要解决重大的技术、科学和经济挑战。“然而,世界上其他国家和集团正在迅速建立自己的核聚变试验工厂。如果美国能够克服这些挑战,并为报告中概述的核聚变试验工厂提供资源,那么美国就有机会发挥全球领导作用,将核聚变纳入其低碳替代能源的武库。” “美国是一个融合的领导者,使影响过渡到低碳排放电气系统,到2050年,美国能源部和私营部门应该产生净电融合试验工厂在美国在2035 - 2040年的时间,”该报告建议。能源部现在应该“向前迈进”,建立包括公私合作伙伴关系在内的国家团队,开发试验性工厂的概念设计和技术路线图,并制定试验性工厂的工程设计,使核聚变具有商业可行性。 “NASEM是一个重要的声音越来越多,倡导积极的科技项目需要保持美国在核聚变能源开发的前沿,”托尼说泰勒,磁聚变能在通用原子公司副总裁(GA),运营DIII-D民族融合为美国能源部科学办公室设施。DIII-D的研究正在为核聚变能源建立科学和技术基础,并帮助为部署第一个核聚变试验工厂奠定基础。GA还为ITER提供几个关键部件,包括中央螺线管,这是一个1000吨的脉冲超导磁铁,将位于聚变装置的核心。 该公司表示:“聚变能源比许多人意识到的要近得多,它可能很快就会为美国电网提供一种无碳电力来源,在美国实现发电基础设施脱碳的过程中发挥关键作用。”