统一希图缺陷:Prince顿核聚变反应堆被迫关门【

2019-08-30 作者:科学技术   |   浏览(140)

同时,Prager在声明中表示,在担任该项目主任8年之后他已经在考虑离职。“NSTX-U装置最近发生的技术故障出乎意料,我突然觉得是时候离开了。”他说,“最好能有新领导继续指导未来一年的装置重建和工程变更。”在新主任走马上任之前,PPPL的Terry Brog将暂时担任代理主任一职。

这台国家反场箍缩磁约束聚变实验装置于1999年首次投入使用,并在2012年开始进入升级。与其他“托卡马克”反应堆一样,这台球形机器也使用磁场约束氢等离子体。然后,等离子体被加热,直到原子熔聚并释放出能量。在升级工作中,科学家为它安装了双倍强度的磁场以及第二个中性原子注入口,可将等离子的温度加热到摄氏1500万度。升级之后这台装置更名为NSTX-U。

中国科大是国内最早设立等离子体物理专业的高校,承担了国家磁约束聚变堆总体设计研究重任,并与ITER国际组织签署了人才交流和合作协议。中科院等离子体所是我国热核聚变研究的重要基地,是参与ITER计划中方的重要单位,自主建造了东方超环超导托卡马克装置。普林斯顿大学等离子体物理实验室是美国国家聚变实验室,在等离子体物理及聚变科学技术领域始终处于国际一流水平。

Stewart Prager图片来源:Elle Starkman/PPPL

如果DOE改变主意,Marmar正时刻准备着重启Alcator C-Mod。“如果有需要,该反应堆将能重启,以支持美国和国际核聚变研究。”

近年来,聚变能源的开发研究已成为最重要的国际合作项目。然而,目前我国核聚变研究人才十分短缺,急需构建科学合理的磁约束聚变人才培养体系。同时,聚变能研发是涉及多学科的系统工程,需要整合国内优势资源和力量,探索新的管理体制和运行机制,协同创新。为此,中国科大与中科院等离子体物理研究所、普林斯顿大学等离子体物理国家实验室商定,在推进先进核聚变能源研究全面合作的基础上,将酝酿成立以培养人才为核心任务的先进核聚变能源协同创新中心,同时将推进与国内外著名大学和研究所的广泛合作。来源:中核网

Stewart Prager从美国新泽西州普林斯顿等离子体物理试验室辞职,该实验室9月26日在一份声明中表示。Prager的离职紧随该实验室主要设备发生故障之后,它可能在一年内不能使用。故障还可能会给能源部4.38亿美元的聚变能科学计划带来麻烦,该计划负责资助PPPL,而且已经成为白宫和国会经费预算制定者存在争议的对象。

美国普林斯顿等离子物理实验室核聚变反应堆 图片来源:PPPL

8月13日,中国科大校长侯建国院士、普林斯顿大学等离子体物理国家实验室主任Stewart Prager教授、中科院等离子体物理研究所所长李建刚研究员代表三方签署在先进核聚变能源研究方面进行全面的协议,三方将以人才培养为目标,在核聚变理论、装置实验、聚变堆总体、聚变堆关键技术研发方面进行全面合作,同时将酝酿成立以培养人才为核心内容的先进核聚变能源协同创新中心。

然而,今年8月,一个磁线圈失效了,使设备不能继续运行。来自PPPL和外部两个团队的科学家正在研究故障问题,PPPL发言人Larry Bernard说。“现在有一个科学团队设法了解哪里出了问题,还有一个设计团队研究如何解决问题。”他说。该设备的一部分可能需要重新设计和建造。完成这些任务的具体时间现在很难确定,但是可能需要一年,Bernard说。

但NSTX-U项目总监Jonathan Menard表示,这个熔毁的线圈附和实验室标准,不过目前尚不清楚该部件的设计或生产过程是否存在问题。而反应堆中的另一个设计和制作工艺类似的相同等级铜线圈工作良好。尽管如此,该实验室也计划更换该线圈。

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PPPL官方目前无法确定修复反应堆将花费多少,但表示将需要一年才能重开NSTX-U。由于该反应堆按原计划将在2016年年底暂停使用,以便进行为期6个月的维护,因此研究时间净损失可能约有半年。

美核聚变实验室主任辞职

马里兰州倡议团体 核聚变能联合会主席Stephen Dean 指出,NSTX-U升级时出现的问题显示,更仔细的分析工作将能避免反应堆故障。“虽然错误有时会发生,但随着核聚变项目经验积累,如此错误不应该这样出现。”

该实验室拥有500名左右员工,年度预算为1亿美元。PPPL进行类似让太阳发光的核聚变研究,从而带来聚变能。PPPL的物理学家旨在利用国家球形环实验装置研究束缚在强磁场中的氘核聚变。该装置在1999年首次启动,它与通常的磁约束聚变设备或托卡马克不同,其承载等离子体的内室不像甜甜圈,更像空心苹果。从2012年到去年,该设备耗费了9400万美元进行升级,使主磁场强度达到原来的两倍,并增加了注射中性原子的第二个端口,给等离子体加热,使其温度将能达到1500万℃,比太阳的温度还高。升级之后,该装置的新名字是NSTX-U。

9月27日PPPL主管Stewart Prager突然辞职,NSTX-U故障的消息才被曝光。官员称,这台实验堆升级后,从2015年12月低功率启动至今年7月关闭期间,只正常产生了10周高质量数据,其中的一个产生电磁力的线圈就出了问题。

Menard表示,线圈故障后,X射线分析发现可能起因于内部熔化的结构异常现象。PPPL科学家计划打开线圈展开进一步调查。“我们在等待调查结果,以便发布更明确的声明。”他说。

一位不愿透露姓名的PPPL前研究人员表示,新线圈所用的铜可能过硬,无法弯曲到规定的形状。当线路充满能量加热线圈时,即便微小失误也能引发大问题。

“这对所有人而言都是挑战。”Alcator C-Mod 负责人Earl Marmar说,“我们虽说并非完全没有反应堆,但这远远满足不了来年的需求。”

据报道,DOE早在数年前就决定关闭Alcator C-Mod,但将继续维持普林斯顿和圣地亚哥的设备。2014年,美国国会曾推翻该决定,但2016年政府预算仍计划关闭该反应堆。

对此,Dean认为,该部门应当让Alcator C-Mod继续运转一年,直到NSTX-U修好。“只有一台设备对科学家而言不是好消息。”他说。

而该次故障的影响将远远超出普林斯顿实验室。Marmar曾计划在麻省理工反应堆关闭后,将人员转移到NSTX-U。目前,麻省理工研究人员将帮助PPPL重启反应堆,并努力推进该实验室按原计划与其他核聚变反应堆进行合作。

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只剩一个反应堆 设计瑕疵:普林斯顿核聚变反应堆被迫关闭

最初,PPPL官方拒绝推测该线圈故障原因,并表示调查正在进行中。但之后,该实验室向《自然》杂志证实,可能是线圈升级时遇到了问题。据透露,新线圈所用的铜的劲力出了问题,正是制造过程中的这个失误导致反应堆在工作过程中发生线圈熔毁。

DOE表示,因为有广泛的国际合作,美国核聚变研究项目仍基础坚实,一旦NSTX-U恢复使用,该领域将继续全速前进。但也有人担忧仅剩一个反应堆如何满足研究人员需求?

PPPL官方表示,这台设备将被关闭约一年。而让事态更加严峻的是,由美国能源部资助建设的另外两个反应堆,其中之一按计划于9月30日关闭。麻省理工学院的Alcator C-Mod在工作了20多年正式下线后,位于圣地亚哥的反应堆成为了美国仅剩的核聚变实验堆。

凤凰彩票登陆,美国核聚变研究者在接下来一年将没那么好过。该国核聚变反应堆旗舰项目出现故障,而这距离为期4年耗资9400万的升级工作完成仅仅不到一年。目前,普林斯顿等离子物理实验室行政人员正在调查造成反应堆失灵的一个关键部件是否存在制造问题。

不过,Prager表示,自己在线圈故障前就已经考虑辞去主任职务。在此工作了8年的Prager离开后,新领导层将负责进一步调查工作,并修复设备。“这在某种程度上是正常的交接棒。”

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