Jump to content

Китайский испытательный реактор термоядерного синтеза

(Перенаправлено с CFETR )
CFETR
Китайский испытательный реактор термоядерного синтеза
Тип устройства Токамак
Расположение Хэфэй , провинция Аньхой , Китай
Технические характеристики
Большой радиус 7,2 м
Малый радиус 2,2 м
Магнитное поле 6,5 Т
Плазменный ток 14 г. н.э.

Китайский испытательный реактор термоядерного синтеза – это ( предлагаемый ) токамак который CFETR реактор . , термоядерный магнитное использует поле для удержания плазмы и выработки энергии [ 1 ] По состоянию на 2015 год токамакы являются ведущими кандидатами на создание жизнеспособного и практичного реактора термоядерного синтеза. [ 1 ] Эти реакторы могут использоваться для производства устойчивой энергии , обеспечивая при этом меньшее воздействие на окружающую среду и меньший углеродный след, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. [ 2 ] [ 3 ]

CFETR использует и намерен развивать уже существующие исследования ядерного синтеза в рамках Международной программы термоядерных экспериментальных реакторов , чтобы устранить пробелы между ИТЭР и термоядерной установкой следующего поколения и классом реакторов-преемников ИТЭР, Демонстрационной электростанцией (DEMO) . [ 4 ]

По состоянию на 2019 год в Китае работают три отечественных испытательных термоядерных реактора. К ним относятся EAST в ASIPP в Хэфэе , HL-2A (M) в Юго-западном институте физики (SWIP) в Чэнду и J-TEXT, расположенный в Университете науки и технологий Хуачжун в Ухане . [ 5 ] Кроме того, по состоянию на 2021 год, чтобы более точно смоделировать потенциально функционально работоспособный CFETR, HL-2A в SWIP был модернизирован до HL-2M . [ 5 ] Строительство ХЛ-2М было завершено в ноябре 2019 года, а 4 декабря 2020 года аппарат введен в эксплуатацию. [ 3 ]

Концептуальный проект CFETR, завершенный в 2015 году, во многом основан на конструкции этих трех отечественных термоядерных реакторов. [ 5 ] Строительство CFETR, вероятно, начнется в 2020-х годах, а завершение ожидается к 2030-м годам. [ 5 ]

Цели и задачи

[ редактировать ]

Китайский испытательный реактор термоядерного синтеза (CFETR) будет работать в два этапа. На первом этапе CFETR должен будет продемонстрировать стабильную работу и тритием с коэффициентом воспроизводства трития> 1. самообеспеченность [ 4 ] Более того, на первом этапе CFETR должен продемонстрировать выработку термоядерной энергии до 200 МВт. [ 4 ]

Второй этап, этап проверки DEMO , требует, чтобы CFETR генерировал мощность более 1 ГВт. [ 6 ] В более общем плане CFETR также будет служить инструментом исследований и разработок для испытаний различных конструкционных и функциональных материалов с целью выявления или разработки материала с высоким сопротивлением нейтронному потоку . [ 7 ]

По состоянию на 2019 год проектирование CFETR продолжалось на этапе инженерного проектирования, который, как ожидалось, будет завершен в период с 2020 по 2021 год. Первый этап, с 2010 по 2015 год, называется этапом концептуального проектирования. [ 7 ] Необходимо было продемонстрировать экономическую целесообразность строительства малосерийной машины. Более того, этот этап обеспечил подтверждение концепции строительства экономичного термоядерного реактора, способного вырабатывать электроэнергию. [ 7 ]

Второй этап проектирования, этап инженерного проектирования, начался в 2015 году и был направлен на разработку крупномасштабной машины с целью достижения выходной мощности 1 ГВт в соответствии с требованиями валидации DEMO. [ 4 ] С 2017 года исследования перешли к моделированию различных сценариев эксплуатации, изучению нюансов различных экспериментальных конструкций отдельных компонентов CFETR, таких как полноразмерный вакуумный сосуд и технология разведения трития. [ 4 ]

По состоянию на 2019 год открытия, сделанные после концептуального и инженерного этапов исследований, консолидировались, интегрировались и развивались. [ 7 ]

Проблемы

[ редактировать ]
Схема реакции синтеза: Дейтерий и тритий подвергаются реакции синтеза с образованием одного нейтрона гелия и энергии.

Местоположение, ресурсы и инфраструктура

[ редактировать ]

Китайский испытательный реактор термоядерного синтеза планируется построить в Хэфэе , провинция Аньхой. Некоторые критические проблемы еще предстоит решить, в том числе 19 ключевых системных проблем, таких как контроль вертикальной нестабильности с помощью внутренних катушек, контроль примесей, транспорт альфа-частиц, предотвращение и смягчение сбоев, контроль и предотвращение ELM типа I, технологии для большого нагрева. энергетика, производство трития и обращение с ним. [ 8 ] Более того, хотя свойства материалов, необходимых для строительства CFETR, известны, многие из этих материалов еще предстоит изготовить, и исследования по созданию необходимых материалов все еще продолжаются. [ 4 ]

Более того, самодостаточность CFETR является одной из самых серьезных проблем. Дейтерий и тритий являются источниками топлива для CFETR, и хотя дейтерия в природе много, коммерческих источников трития мало. [ 9 ] Хотя тритий можно производить в лабораторных условиях с использованием тяжеловодных реакторов , ускорителей и легководных реакторов , [ 9 ] нынешнее количество трития, производимого в мире, недостаточно для эксплуатации термоядерных реакторов . [ 9 ] Таким образом, ключевыми задачами являются создание соответствующей концепции топливного цикла для переработки и обновления трития, а также разработка новых методов производства трития экономичным и рентабельным способом. [ 9 ]

Эти проблемы многогранны и сложны и требуют междисциплинарного сотрудничества и исследований. Таким образом, для решения 19 ключевых системных проблем, поставленных CFETR, были сформированы отдельные группы для решения каждой проблемы в отдельности. [ 8 ] Эту инициативу возглавляет Комплексный исследовательский центр термоядерных технологий (CRAFT) и его команда из 300 ученых, инженеров и исследователей в Китае, которые пытаются решить эти критические проблемы, предлагая практические, жизнеспособные и экономически эффективные решения. [ 8 ]

Экономическая жизнеспособность

[ редактировать ]

До появления возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия , термоядерный синтез рекламировался как будущее чистой энергии с нулевым выбросом углерода . [ 10 ] Однако внедрение, более широкое применение и использование возобновляемых источников энергии радикально изменили энергетический ландшафт. Например, по прогнозам, к 2050 году возобновляемые источники энергии будут обеспечивать 74% мировой энергии. [ 11 ] Более того, с падением цен на возобновляемые источники энергии экономическая жизнеспособность термоядерной энергетики оказалась на переднем крае обсуждения будущей экономики энергетики. [ 10 ]

Приведенная стоимость энергии (LCOE) для различных источников энергии, включая ветровую, солнечную и ядерную энергию. [ 12 ]

В настоящее время экономисты предполагают, что термоядерная энергия вряд ли будет такой же дешевой, как возобновляемая энергия . [ 10 ] У термоядерных установок, как и у атомных электростанций , будут большие стартовые и капитальные затраты , поскольку стоимость материалов, оборудования и инфраструктуры, необходимых для строительства этих термоядерных установок, вероятно, будет непомерной. Более того, эксплуатация и техническое обслуживание этих узкоспециализированных предприятий, вероятно, также будут дорогостоящими. [ 10 ] Хотя затраты на эксплуатацию и строительство CFETR малоизвестны, согласно прогнозам, концепция термоядерной энергетики ЕС DEMO будет иметь приведенную стоимость энергии (LCOE) в размере 121 доллара США за МВтч. [ 13 ]

Более того, экономисты предполагают, что термоядерная энергия становится дороже на 16,5 долларов за МВт-ч на каждый миллиард долларов увеличения цены термоядерной технологии. [ 10 ] Столь высокая LCOE во многом является результатом высоких капитальных затрат, понесенных при строительстве термоядерных установок. [ 10 ]

Напротив, LCOE возобновляемых источников энергии выглядит значительно ниже. Например, LCOE солнечной энергии составляет 40–46 долларов США за МВтч, береговой ветер оценивается в 29–56 долларов США за МВтч, а морской ветер — примерно 92 доллара США за МВтч. [ 14 ] Таким образом, эти экономически эффективные варианты кажутся более экономически жизнеспособными. [ 10 ]

Однако это не означает, что термоядерная энергия может не иметь полной экономической жизнеспособности. Скорее, термоядерная энергия, скорее всего, восполнит энергетические пробелы, которые возобновляемые источники энергии не могут заполнить. [ 10 ] Таким образом, термоядерная энергия, скорее всего, будет работать в тандеме с возобновляемыми источниками энергии, а не станет основным источником энергии. [ 10 ] Тем не менее, в тех случаях, когда возобновляемая энергия может быть недоступна, термоядерная энергия может стать доминирующим источником энергии и обеспечивать базовую нагрузку электрической сети в этих конкретных географических регионах. [ 10 ]

Безопасность

[ редактировать ]

По состоянию на 2021 год в международном сообществе предложены следующие цели безопасности: Защита населения и окружающей среды от радиологической опасности . [ 15 ] и обеспечение того, чтобы протоколы безопасности термоядерного реактора были такими же конкурентоспособными и всеобъемлющими, как и протоколы безопасности реактора деления. [ 15 ]

Эти две цели определяются с использованием принципа приемлемых рисков и могут быть дополнительно разбиты на подкатегории, такие как, помимо прочего, профессиональное радиационное воздействие , регулярные выбросы радиоактивных материалов , реагирование и минимизация аварий и радиоактивные отходы . [ 15 ]

Ядерная безопасность высоко ценится китайским правительством , хотя на сегодняшний день в Китае не существует всеобъемлющей системы безопасности ядерного синтеза. [ 16 ] по состоянию на 2019 год протоколы безопасности, соблюдаемые в Китае, основаны на технологии реакторов деления; они изложены в Законе Китайской Народной Республики о предотвращении и контроле радиоактивного загрязнения (2003 г. ), Законе о ядерной безопасности (2017 г.) и Положениях о безопасной эксплуатации исследовательских реакторов (HAF202). [ 17 ] Хотя они полезны для изложения общих соображений ядерной безопасности, они не касаются конкретно термоядерного реактора. Кроме того, в отличие от реакторов деления, у CFETR нет активной зоны реактора . Следовательно, эти законодательные акты необходимо обновить, чтобы учесть конструкцию и механизмы термоядерных реакторов. [ 16 ]

Более того, хотя широко признано, что термоядерная энергия будет безопаснее, чем деление, благодаря механизму плазменного охлаждения устройства типа токамак , который охлаждает реактор и останавливает реакции при нарушениях в системе, полагаться только на этот идеал и механизм недостаточно. . [ 17 ] Вместо этого необходимо соответствующим образом определить и идентифицировать параметры возмущений, чтобы предотвратить потенциальный выброс радиоактивных материалов в случае нарушений или отказа системы. [ 15 ] Поэтому необходимо тщательно продумать соответствующие меры безопасности. Более того, тритий является ограниченным радиоактивным изотопом . Таким образом, радиоактивная природа трития может оказаться опасной в случаях гипотетического случайного выброса при отказе системы двойного заключения. [ 16 ] Таким образом, при таких обстоятельствах территории, прилегающие к CFETR, придется эвакуировать, и пройдет 32–54 года, прежде чем семьи смогут вернуться в свои первоначальные дома. [ 17 ] Однако инженеры ЦФЭТР проектируют нынешний реактор по критерию безэвакуации. [ 17 ] Таким образом, технические инженеры должны разработать конструкцию, которая защитит от катастрофического отказа термоядерного реактора, который потребует эвакуации. [ 17 ]

По состоянию на ноябрь 2020 года Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) начало работать с различными странами над созданием стандартов безопасности термоядерных реакторов для различных конструкций термоядерных реакторов. [ 18 ] Более того, они начали изучать соответствующие правила дозирования, а также способы обращения с радиоактивными отходами термоядерной энергии и их надлежащей утилизации. [ 18 ]

Ожидается, что повреждение нейтронного излучения в стенках твердого корпуса будет больше, чем у реакторов деления, из-за более высоких энергий нейтронов. [ 19 ] Более того, это повреждение в сочетании с большими объемами гелия и водорода, образующимися внутри судна, вероятно, приведет к усталости инфраструктуры, тем самым потенциально повреждая судно, а также превращая судно в радиоактивный металл и, следовательно, в радиоактивные отходы . [ 19 ] Более того, ученые предположили, что многие неструктурные компоненты станут очень радиоактивными . [ 20 ]

Тем не менее, важно признать, что радиоактивность на килограмм отходов для термоядерного реактора будет существенно ниже, чем для реактора деления. [ 19 ] Хотя природа реакции синтеза дейтерия и трития такова, что она, вероятно, приведет к образованию больших объемов радиоактивных структурных и неструктурных отходов, [ 19 ] Эту проблему можно обойти с помощью разработки сплавов с низкой активационной структурой, чтобы гарантировать, что эти выброшенные материалы квалифицируются как низкоактивные отходы . [ 20 ] Однако с учетом имеющихся в настоящее время технологий более вероятным результатом является разработка конструкционных сплавов промежуточной активации. [ 20 ] Это приведет к образованию радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности .

Тем не менее, важно отметить, что период полураспада радиоактивности таких отходов составляет 12,3 года, и поэтому они будут оставаться радиоактивными примерно в течение <100 лет, по сравнению с радиоактивными отходами деления, которые остаются высокорадиоактивными в течение примерно 1000 лет. [ 19 ] Более того, инженеры CFETR намерены ограничить выпуск радиоактивных отходов среднего и низкого уровня путем внедрения систем обращения с тритиевыми отходами. [ 21 ] Это имеет двойной эффект: извлечение трития для повторного использования в машине и снижение радиоактивности отходов, образующихся в термоядерном реакторе. [ 4 ]

4 декабря 2020 года HL-2M нагрелась примерно до 150 миллионов градусов по Цельсию, что в десять раз выше, чем ядро ​​Солнца . [ 22 ] Успешное строительство и эксплуатация HL -2M в SWIP, вероятно, послужили толчком для перехода CFETR на этап строительства с нынешнего этапа инженерного проектирования. [ 19 ]

Поскольку Китай активно переходит к развитию своего сектора возобновляемой и устойчивой энергетики, вопрос о строительстве CFETR заключается не в том, произойдет ли это, а в том, когда. [ 19 ] Согласно нынешнему графику синтеза, этап строительства CFETR, вероятно, начнется в начале 2020-х годов, а промышленный прототип, вероятно, будет завершен к 2035 году, а широкомасштабное коммерческое применение — к 2050 году. [ 19 ] Более того, к 2025 году Китай, как ожидается, достигнет мощности атомной энергетики в 79 ГВт. Для достижения этой цели в 14-м пятилетнем плане Китая (2021-2025 гг.) большое внимание уделяется строительству ядерных объектов, поскольку страна движется к углеродной нейтральности . [ 19 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б Фрейдберг, JP; Манджаротти, Ф.Дж.; Минервини, Дж. (01 июля 2015 г.). «Проектирование термоядерного реактора токамак: как сюда вписывается физика плазмы?» . Физика плазмы . 22 (7): 070901. Бибкод : 2015PhPl...22g0901F . дои : 10.1063/1.4923266 . hdl : 1721.1/111207 . ISSN   1070-664X . ОСТИ   1547016 . S2CID   117712932 .
  2. ^ Доши, Бхарат; Редди, Д. Ченна (апрель 2017 г.). «Аспекты безопасности и окружающей среды термоядерного энергетического реактора токамак – обзор» . Физический журнал: серия конференций . 823 (1): 012044. Бибкод : 2017JPhCS.823a2044D . дои : 10.1088/1742-6596/823/1/012044 . ISSN   1742-6596 .
  3. ^ Jump up to: а б Синь, Чжэн (2021). «Искусственное солнце» может сделать термоядерный синтез реальностью. Атомная энергетика сыграет ключевую роль в планах Китая по чистой энергетике . China Daily — Гонконгское издание . Архивировано из оригинала 22 января 2023 г. Проверено 1 июня 2021 г.
  4. ^ Jump up to: а б с д и ж г Ван, Юаньси; Лю, Юн; Ван, Сяолинь; Чэнь, Чанган, Суру; Гао, Сян; Лю, Сунлин (2017-06-2017). 57 нынешнего прогресса и деятельности по CFETR» ( 102009. « Обзор 10 ): Бибкод : 2017NucFu..57j2009W 10.1088/1741-4326 / doi : aa686a . ISSN   0029-5515 . S2CID   126138788 .
  5. ^ Jump up to: а б с д «Дорожная карта Китая по термоядерному синтезу - Nuclear Engineering International» . www.neimagazine.com . 3 октября 2019 года . Проверено 1 июня 2021 г.
  6. ^ Ли, Цзянган; Ван, Юаньси (01 февраля 2019 г.). «Современное состояние развития китайского магнитного термоядерного синтеза и планы на будущее» . Журнал термоядерной энергетики . 38 (1): 113–124. дои : 10.1007/s10894-018-0165-2 . ISSN   1572-9591 . S2CID   254650020 .
  7. ^ Jump up to: а б с д Чжуан, Г.; Ли, GQ; Ли, Дж.; Ван, YX; Лю, Ю.; Ван, XL; Сонг, ЮТ; Чан, В.; Ян, QW; Ван, Б.Н.; Дуань, XR (05.06.2019). «Ход проектирования CFETR» . Ядерный синтез . 59 (11): 112010. Бибкод : 2019NucFu..59k2010Z . дои : 10.1088/1741-4326/ab0e27 . ISSN   0029-5515 . S2CID   127585754 .
  8. ^ Jump up to: а б с Чжан Жуй (24 декабря 2020 г.). «В Хэфэе сейчас расположены крупные научно-технические объекты — China.org.cn» . www.china.org.cn . Проверено 1 июня 2021 г.
  9. ^ Jump up to: а б с д Цзайсинь; Чжу, Цзуэли; Ни, Ли, Фэнчэн (2019). Не, Баоцзе; Цзэн, Цинь; Ли , и самодостаточность термоядерной энергии: пример CFETR» . Energy Science & Engineering . 7 (2): 457–468. Бибкод : 2019EneSE...7..457N doi : 10.1002 ese3.291 . ISSN   2050-0505 /
  10. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Николай, ТЭГ; Дэвис, ТП; Федеричи, Ф.; Лиланд, Дж. Э.; Патель, бакалавр наук; Винсент, К.; Уорд, Швейцария (февраль 2021 г.). «Пересмотр роли ядерного синтеза в энергетической структуре, основанной на возобновляемых источниках энергии». Энергетическая политика . 149 : 112043. arXiv : 2101.05727 . Бибкод : 2021EnPol.14912043N . doi : 10.1016/j.enpol.2020.112043 . S2CID   230570595 .
  11. ^ «Глобальные энергетические перспективы 2019» . Energy Insights – Mckinsey . Архивировано из оригинала 18 апреля 2019 г.
  12. ^ «Приведенная стоимость энергии + на 2023 год» . Лазард. 12 апреля 2023 г. с. 9. Архивировано из оригинала 27 августа 2023 г. (ссылка для скачивания с надписью «Lazard's LCOE+ (апрель 2023 г.) (1) PDF — 1 МБ»).
  13. ^ Энтлер, Славомир; Горачек, Ян; Длоуи, Томас; Досталь, Вацлав (01.06.2018). «Приближение экономики термоядерной энергии» . Энергия . 152 : 489–497. Бибкод : 2018Ene...152..489E . дои : 10.1016/j.energy.2018.03.130 . ISSN   0360-5442 .
  14. ^ «Приведенная стоимость энергии и приведенная стоимость хранения, 2019 г.» . Lazard.com . Архивировано из оригинала 19 февраля 2023 г. Проверено 1 июня 2021 г.
  15. ^ Jump up to: а б с д Ван, Чжэнь; Чен, Жибин; Чен, Чао; Ге, Даочуань; Перро, Дидье; Зуккетти, Массимо; Субботин, Михаил (13 января 2021 г.). «Количественные цели безопасности термоядерных электростанций: обоснование и предложения» . Международный журнал энергетических исследований . 45 (6): 9694–9703. Бибкод : 2021IJER...45.9694W . дои : 10.1002/er.6399 . ISSN   0363-907X . S2CID   234153700 .
  16. ^ Jump up to: а б с Шэнь, Синьюань, Чжэнь; Ван, Чэнь, Шаньци; Чэнь, Цзецюн; Ю, Цзе, Ицань; » «Регуляторная база безопасности водородных термоядерных реакторов в Китае 40 ( 44 ) : 22704–22711. : 2019IJHE ...4422704S doi : 10.1016 / . ISSN   0360-3199 . Бибкод   . j.ijhydene.2019.03.070
  17. ^ Jump up to: а б с д и Не, Баоцзе; Цзян, Ман; Ни, Муйи; Ли, Фэнчэнь (01 марта 2019 г.). «Предварительные соображения по поводу радиации окружающей среды для CFETR» . Термоядерная инженерия и дизайн . 140 : 16–22. Бибкод : 2019FusED.140...16N . дои : 10.1016/j.fusengdes.2019.01.119 . ISSN   0920-3796 . S2CID   127532912 .
  18. ^ Jump up to: а б «Безопасность в Fusion» . www.iaea.org . 28 мая 2021 г. Проверено 1 июня 2021 г.
  19. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я «Термоядерные реакторы: это не то, чем их называют» . Бюллетень ученых-атомщиков . 19 апреля 2017 г. Проверено 1 июня 2021 г.
  20. ^ Jump up to: а б с Бейли, GW; Вильховская, О.В.; Гилберт, MR (январь 2021 г.). «Ожидание отходов в отношении плавленых сталей в соответствии с текущими критериями захоронения отходов» . Ядерный синтез . 61 (3): 036010. Бибкод : 2021NucFu..61c6010B . дои : 10.1088/1741-4326/abc933 . ISSN   0029-5515 . S2CID   228862229 .
  21. ^ Чен, Хунли; Пан, Лей; Льв, Чжунлян; Ли, Вэй; Цзэн, Цинь (01 мая 2016 г.). «Моделирование тритиевого топливного цикла и анализ воспроизводства трития для CFETR» . Термоядерная инженерия и дизайн . 106 : 17–20. Бибкод : 2016FusED.106...17C . дои : 10.1016/j.fusengdes.2016.02.100 . ISSN   0920-3796 .
  22. ^ «Китай включает «искусственное солнце» на атомной энергии (обновление)» . физ.орг . Проверено 1 июня 2021 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3151676cb61a0e6f767cd8fc323b5e47__1721354340
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/31/47/3151676cb61a0e6f767cd8fc323b5e47.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
China Fusion Engineering Test Reactor - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)