2012-12-05 09:06:00 来源:证券时报网
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轰动世间数年的美国国家点火装置(NIF),近日被披露已迫于种种压力扭转研究方向,焦点由“能源”变为了“核武器”。
据英国《自然》杂志在线版12月一则消息称:“在一次证明未来核聚变发电原理遭遇失败后,世界上最强大的激光设施,‘调转航向’,开始驶向其核武器研究的目的地。”
鉴于点火装置已然取得的重大进展,众多物理学家情感和理智都难以接受而对这一决议大加批评。更有意见认为,政府考虑轻率,对核聚变能源的探索将使美国在新一轮科技竞争中站稳脚跟,更有可能推动我们的文明进程;而现在,他们选择了更有威慑力的武器库。
曾经的“能源危机终结者”
2009年NIF装置落成之时各界对其评价犹在耳边:“人类有史以来第一次在实验室里面取得核聚变能源”、“世界上体积最大能量最高的激光系统”。时任加州州长的阿诺·施瓦辛格在落成典礼上赞扬得不遗余力,他称其为加州乃至美国的伟大成就,将有可能使美国的能源结构发生革命性变化,而施瓦辛格曾经效力的老东家——好莱坞可就惨了,它的电影特效将不再稀奇,因为NIF在现实世界就能做到。
类似“人造太阳”的实验项目,国际上不只NIF一家,但NIF项目的最大的看点在于,其要成为“第一个突破平衡点的设施”,这个突破平衡点,指产生的能量大于启动它所需要的能量,即“能量增益”,这正是核聚变工作者梦寐以求的目标。
就在今年3月,NIF所发射出的激光在经过最后一个聚焦透镜后,达到了2.03兆焦,一举打破纪录的同时,也成为世界上首个2兆焦能量的紫外激光。人们当时说它是兼顾了“国家安全利益与科学发展”的典范,一方面带领着美国第二大激光——罗切斯特大学激光器一起成为“无爆炸核试验”不可或缺的部分,另一面拼了命的实现着核能发电的终极梦想——只要这台激光器能每秒钟发生三四次小燃料球内的爆炸,且给它连续不断地爆下去,释放的能量就媲美百万千瓦级的发电站了!
当然,在2012年3月,它离每秒爆三四次还差的远呢。第二次点火就隔了36小时。但谁说改变世界能源困局,或是改变世界能源格局,它是个容易事呢。
今第一研究目标让位于核武器
但联邦官员和美国国会已经不想等了。这台坐落在劳伦斯·利弗莫尔实验室的庞然大物已经耗资35亿美元,现在得为天价的它谋个新出路——按勾勒的计划:将点火的科研时间由80%削减到50%,给国家核安全管理局来安排事务,基本是用于负责维护美国的核军火库——这也就是NIF的新角色。
说新也不算新。早在2009年NIF落成之时,就有外媒曾指出,NIF首要目的是帮助政府确保美国老年核武器可靠性,最后才是建成一座核聚变发电站。这一目标当时并未惹人非议。
因为人人心知肚明,启动聚变反应最容易的途径是什么?原子弹。但美国政府已于1992年承诺不进行地下核武器试验,这种情况下,一台超级能量的激光器,采用激光而不是核爆炸来产生聚变反应,正是核武器研究不可多得的装置。
更何况,NIF项目耗资不菲,表达出为政府效力的决心自然也是应该的;且一般此等级别的大型实验装置,通常不可能只有一个实验目标,在不同阶段它能完成不同的功用,除了寻求能源之路以及核武器研究外,NIF的温度和密度也允许它模拟外星球的环境,完成天体物理实验。
但在这三年多的时间,激光器一次次对世界纪录的刷新,均被人们视为“实现可控核聚变进而拯救能源危机”之路上的座座丰碑,在这个绚丽的光环下,很少人理会点火装置的其他功用。
现在,一系列意外的技术问题使NIF的能源探索之路在9月结束,核武器研究被放在了第一位。对引起的轩然大波,美国国家核安全局防御计划副局长唐纳德·库克宣称,没人说要放弃点火,现在只是一个新计划需要产生,采取的是更缓慢、更系统的处理方式。
世界领先的中国新一代热核聚变装置EAST2006年9月28日首次成功完成了放电实验,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。
负责这一项目的中国科学院等离子体所所长李建刚研究员在接受新华社记者采访时说,此次实验实现了装置内部1亿度高温,等离子体建立、圆截面放电等各阶段的物理实验,达到了预期效果。
工艺鉴定组专家、中科院基础科学研究局金铎研究员在实验后的新闻发布会上宣布,EAST通过国家“九五”大科学工程工艺鉴定。
参与EAST研究合作的美国通用原子能公司盖瑞·杰克逊博士说:“EAST成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置,它将在未来10年内保持世界先进水平。”
我国新一代“人造太阳”实验装置首次成功放电
我国最新一代核聚变实验装置“EAST”(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)2006年9月28日在安徽合肥首次放电,成功获得了电流超过200千安、时间近3秒的高温等离子体放电。
EAST大科学工程总经理万元熙介绍说,目前放电实验还在进行当中,各项实验参数还在不断提高,显示了EAST装置具有良好的整体性能。实验结果将提交近期由国际原子能机构在中国成都举行的第21届国际聚变能大会。EAST成为世界上第一个建成并正式投入运行的全超导非圆截面核聚变实验装置,标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。
工艺鉴定组专家、中科院基础科学研究局金铎研究员在新闻发布会上宣布,EAST通过国家“九五”大科学工程工艺鉴定。
稳态运行的核聚堆产生能量的方式和太阳产生能量的方式相同,都是由原子核聚变放出巨大能量,因此稳态运行的核聚变堆也被俗称为“人造太阳”。EAST大科学工程总经理万元熙研究员说,未来稳态运行的热核聚变反应堆投入商业运行后,能提供无限的、洁净的、安全的能源,将使人类未来数亿年的能源问题得到彻底解决。
根据设计,EAST产生等离子体最长时间可达1000秒,温度将超过1亿度。该装置的建设由中科院合肥物质科学研究院等离子体所承担,历时8年、耗资2亿人民币。
万元熙研究员介绍说,EAST集全超导和非圆截面两大特点于一身,且具有主动冷却结构,能产生稳态的、具有先进运行模式的等离子体,国际上尚无成功建造的先例。其科学目标是通过实验研究,为未来建造稳态、高效、安全的聚变反应堆提供重要的工程技术和物理基础。
专家说,EAST比国际热核聚变实验堆ITER在规模上小很多,但两者都是全超导非圆截面托卡马克,即两者的等离子体位形及主要的工程技术基础是相似的,而EAST至少比ITER早投入实验运行10年至15年。因此,无论从人才培养和奠定工程技术及物理基础的角度上说,EAST都将为ITER计划做出重要的、实质性的贡献,并进而为人类开发和最终使用核聚变能做出重要贡献。
据了解,ITER是目前世界上最大的国际间科技合作项目之一,总投资约46亿欧元,其目标是要建造可控制的核聚变实验反应堆。
专家:"人造太阳"商业运行后发电量够用数亿年
世界领先水平的我国新一代“人造太阳”实验装置EAST2006年9月28日在安徽合肥首次放电成功,这意味着人类在核聚能研究利用领域又迈出了新的一步。EAST大科学工程总经理万元熙说,未来的稳态运行的热核聚堆用于商业运行后,所产生的能量够人类用数亿年乃至数十亿年。
能源短缺是当今世界各国面临的共同问题。人类最近20多年来向地球索取了数额庞大的石油、天然气、煤炭等不可再生的矿物能源,一些国家的煤炭资源已采掘殆尽。矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”,而且还有枯竭之虞。从长远来看,核能将是继石油、煤和天然气之后的重要能源。
万元熙研究员介绍说,核能分为核裂变能与核聚变能,前者已经被人类加以利用用来发电,而裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,不仅产生强大的辐射,伤害人体,放射性核废料的处理也一直是让人头疼的难题。与之相比,核聚变辐射极少,且核聚变燃料可以说是取之不尽,用之不竭。
他介绍说,核聚变反应燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘。据测,每1升海水中所蕴含的氘如果提取出来,发生完全的聚变反应,能释放相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算,根据目前世界能源消耗水平和海水存量,核聚变能可供人类使用数亿年,甚至数十亿年。
“人造太阳”概念股
2009年,曾有市场传闻称,宝胜股份(600973)拿了11亿欧元订单。宝胜股份澄清:人造太阳项目预计在中国采购超导电缆11亿元人民币,而作为最有力的竞争者,宝胜股份正积极开拓超导电缆市场,但尚未取得批量销售合同。
深圳智多盈(微博)认为,所谓“人造太阳”,即国际热核聚变实验堆计划(ITER)建设工程,旨在地球上模拟太阳的核聚变。由于核聚变能以氘氚为燃料,都可以从海水中提取,核聚变反应不产生温室气体及核废料,具有安全、洁净、资源无限3大优点,是最终解决我国乃至全人类能源问题的战略新能源。
中国全面实施“ITER计划”
2003年1月国务院批准我国参加ITER计划谈判,2006年5月24日,我国政府与欧盟、日韩、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定,标志着ITER计划进入全面实施的准备阶段。我国目前拥有两个较为著名的“人造太阳”实验装置——位于合肥的全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置(EAST)和位于成都的中国环流器二号A核聚变实验装置。
演绎激情燃烧的岁月
中国在参与ITER计划的过程中已经形成了一系列技术成长点,如铠装超导电缆导体(CICC)制造技术处在世界先进行列,产量达世界第一。宝胜股份(600973)一旦其超导电缆中标,将有效打开公司未来的成长空间。
而在超导电缆方面有涉足的上市公司包括沃尔核材(002130)、三普药业(600869)以及在高端电缆领域有实力的中科英华(600110)、南洋股份(002212)等也值得关注。另外,长园集团(600525)的电网设备、大冷股份(000530)的超低温制冷技术、综艺股份(600770)旗下子公司高温超导滤波器技术、烟台冰轮(000811)的核阀门技术等,都有可能参与ITER计划而成为直接受益者。
将影响惯性约束核聚变商业化前景
NIF自落成典礼至今三年,但物理学家梦想使用高功率激光器瞬间加热并压缩氢使之点火,已有三十余年。
但现在显然有对国家点火装置持消极态度的。在研究人员报告他们距离实现点火所需要的条件尚有距离之后,国会投资者表示失望,他们想尽快看到成果。
据中国科技网报道,批评人士称,实验室当初信心满满地说激光核聚变可以产生电能,使得国会坚信他们是在为一个能源项目花钱,但事实却令他们痛心:原来所谓激光核聚变,与产生电能尚有距离。
熟悉NIF计划的资深科学家称:“实验室过分强调了点火装置的能源效应,使得在核武器储备管理方面、基础科学研究蒙受损失。”
更有甚者认为:技术研究者永远说,他们二十年后就能实现。那么惯性约束核聚变什么时候能商业化运营并提供电力呢?这个问题的答案可能很简单,永远不会。
其实自NIF筹建之日起,反对的声音一直没有消沉过,另一家实验室——洛斯·阿拉莫斯的科学家嘲笑这将是有史以来最庞大而昂贵的“摆设”,同时夺走了其他领域本来就不宽裕的资金。
而领导加州大学团队对点火装置进行检查的物理学家罗伯特·拜尔认为,点火实验业已取得了显著进展。“仅是激光本身已经相当了不起的。”拜尔称,单次能释放1.85兆焦的能量,大致符合实验室的最初承诺,而且小燃料球也表现良好。项目主管艾德·摩西也宣称:“该设备的重大价值就和我们之前说的一样。”
Dvice在线版一篇文章指出,愤怒的政府先生们罔顾了“优先考虑”,一面是核聚变能,其将使能量变得无比廉价与丰富,而人们无疑永远需要能量;另一面,则是个扩大了的武器库。
涉及核能的上市公司:
中核科技:公司获得国家核安全局颁发的压水堆核电阀门设计、制造许可证,其研制的核电站关键阀门技术指标达到国际同类产品水平。公司生产的核电关键阀门也已经通过国防科工委的鉴定。
东方电气:国内核岛设备生产的骨干企业,是未来核电高速发展受益最大的企业。按东方电气集团 45%的市场占有率进行计算,每年东方锅炉从核电项目中获取的订单为 26.3 亿元人民币,每年东方电气从核电项目中获取的新增订单为8.96 亿元人民币。相对于常规的电站锅炉,核电设备具有更高的利润率。
兰太实业:与中国原子能科学研究院合作,建设“核极金属钠“生产项目,此项目不仅使公司取得了核极钠的生产技术及其配套设备,而且使其成功切入高尖端科技的核能源领域。应用高科技钠净化技术生产核极钠,已经向我国第一座快中子实验核反应堆提供了 350 吨的核极钠。
奥特迅:公司中标广东阳江核电厂一期工程 LOT69—常规直流及不间断电源系统,金额 898.22 万元;中标辽宁红河核电厂一期工程。
海陆重工:核承压设备的设计、制造与销售。
自仪股份:与国家核电技术公司有意共同出资组建核电仪控系统工程的合资企业,共同承担第三代核电 AP1000 仪控系统技术的引进、消化和吸收。
闽东电力:携手中广核能建设的抽水蓄能电站,可将电网负荷低时的多余电能转变为电网高峰时期的高价值电能,还适于调频、调相,稳定电力系统的周波和电压,为事故备用。使核电、煤电机组试验得以顺利进行,是核电枢纽工程之一。
哈空调:中国最大的石化空冷器、电站空冷器、电站燉核电站空调机组生产基地,是中国核工业总公司确定的生产核电站大型成套空气处理机组的定点生产企业。