承載鎢企智慧結晶,人造太陽商業化邁出關鍵一步

全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)之所以被稱爲“人造太陽”,是因爲能像真的太陽一樣爲人類提供無限的清潔能源,以緩解地球化石燃料供應短缺的問題。然而,EAST裝置的研發却困難重重,因此承載了衆多科學家如磁企和鎢企研究者的智慧結晶。

承載鎢企智慧結晶人造太陽商業化邁出關鍵一步圖片

近日,美國新能源初創公司Commonwealth Fusion Systems和麻省理工學院等離子體科學與聚變中心表示,他們成功研發出了一種高溫超導磁體。在測試中,該磁體的磁感應强度達到了20特斯拉,比傳統核磁共振的磁感應强度高出12倍,同時只消耗了約30瓦能量,比傳統銅導磁體2億瓦的能量消耗降低了好幾個數量級。

高溫超導磁體由于磁感應强度足够强大,所以當用來建造一個被稱爲“托卡馬克”的甜甜圈形狀的聚變機時能獲得“淨能量”,這也就是說該聚變機産生的能量足以抵消啓動和維持反應所需的能量。此技術的突破,爲“人造太陽”走向商業可行性邁出了關鍵的一步。

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作爲EAST裝置的重要部件之一,鎢銅複合偏濾器和面向等離子體鎢材料就凝結了中國多數鎢研究者的智慧。

據中鎢在綫瞭解,偏濾器是用來把放電的外殼層內的帶電粒子偏濾到一個單獨的室內,在此帶電粒子轟擊擋板,變爲中性粒子被抽走。然而,托卡馬克裝置長時間的高功率長脉衝運行,會導致偏濾器遭受强烈的濺射刻蝕,進而影響偏濾器的壽命和使用效果。針對這個問題,科學家便采用鎢銅複合材料製作偏濾器。

鎢銅複合材料在力學、熱學、磁學、電學、超導等方面有著優良的特性,具體來說有熔點高、密度大、强度高、耐燒蝕性能好,導電導熱性佳等優點,所以相對其它材料來說更適合作爲偏濾器的核心材料。

面向等離子體材料是指在聚變裝置內直接面向高溫等離子體,用來保護第一壁和偏濾器的材料。由于工作環境極爲惡劣,所以其需要具備以下幾個特性:一是良好的導熱性、抗熱震性和耐熱性;二是優异的抗輻照性和耐沖刷性;三是無毒,無放射性;四是不吸附氫原子。

納米孔道鎢薄膜因不僅有金屬鎢的耐高溫、耐腐蝕、耐衝擊性等良好的理化性質,還有較大的比表面積,能够自動實現氦原子的吸收釋放作用,因此適合作爲面向等離子體材料。

經過上述內容的介紹可知,EAST裝置的製造都是使用一些非常高端的材料,而這些材料凝結著廣大科學家的心血和汗水。

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