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“人造太阳”要用咱太钢的板材  

2017-02-28 13:08:08|  分类: 科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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山西新闻网 2017-02-27 11:11

从“地心说”到“日心说”,人类经历了1400多年的艰难探索;从钻木取火到使用清洁能源,人类经过了更长的岁月。当我们在早春的寒风中企盼阳光时,中外科学家们正在为一个伟大梦想——“人造太阳”执着耕耘着。2月22日,记者从太钢方面获悉:由太钢制造的人造太阳板材已通过了国际认证,进入小批量采购阶段。

“人造太阳”要用咱太钢的板材“人造太阳”要用咱太钢的板材

张宝林解说“人造太阳”示意图,下方是用于该项目的钢板

中国作为7个成员国之一,与美、俄、日、法等国一起,参与了项目的开发和研究。而作为不锈钢产能全球第一的太原钢铁(集团)有限公司,则承担了“人造太阳”中的钢板研发部分。人造太阳离我们有多远?它能给人类生活带来哪些改变?人造太阳与太钢有哪些不解情缘?让我们跟随记者的脚步,揭开一系列神秘面纱。

探秘

一场清洁能源变革正悄然进行

一场初雪,让太钢园区变得格外清冷。如果不是“人造太阳”项目,很少有理由能够阻挡张宝林出差的脚步。52岁的张宝林是太钢的一名高级经济师,“人造太阳”项目的参与者。

“‘人造太阳’是指通过可控热核聚变的方式,给人类带来几乎无限的清洁能源。”在通往园区的路上,张宝林开始介绍人造太阳的原理。简言之,太阳的光和热,来源于氢的两个同胞兄弟——同位素氘和氚,在聚变成一个氦原子的过程中释放出的能量,“人造太阳”就是“模仿”这一过程。

目前,人类核电站有序利用的核能都是核裂变过程——由较重的原子核裂变成较轻的原子核,从中获得释放的能量。单位质量释放的能量轻核聚变比重核裂变要大数倍。

“有专家考证,较早提出‘人造太阳’解决人类能源问题的是一位苏联的年轻少尉。这个高中学历的‘大男孩’在1950年提出这个想法时,苏联科学家们没有笑话他,而是科学审慎分析了它在理论和实践中的可行性。历史证明,很多改变世界的伟大科学发现和科技进步,源自勇敢的‘空想’、睿智的呵护和执着的追求。”张宝林说。

逐梦

太钢已为“人造太阳”奋斗十年

张宝林与“人造太阳”第一次触电,是在2007年的春天。一名中科院的同行发给他一封邮件。同行在邮件中问询,太钢能不能制造一种钢管。据张宝林回忆,这种钢管被要求“又圆又方”,且技术参数十分苛刻,很难实现。多年的科研经验让张宝林迅速做出判断:这是一个非比寻常的高科技项目。过了没几天,太钢方面宣布,承担“人造太阳”部分采购包的研发、生产任务。“人造太阳”在全球分成了100多个采购包,分配到中国的有12个。

在筑梦的路上,太钢的科研团队遇到了前所未有的挑战。首先是人员的认识问题。这场“追梦旅程”从上世纪50年代开始,已经进行了半个多世纪,真正投入商用、变成每家每户可以用的电,可能至少还需要几十年。也就是说,这是一件“这辈子不一定能看见结果的事”。加上研发周期较长,一些人出现了畏难情绪。

太钢集团副总柴志勇以及钢管公司老领导田晓青的话至今鼓舞人心。一遇到不同意见,他们会先让对方回答这么两个问题:第一,这么大的国际科研项目,需要的板材特殊,太钢不参与,谁参与?第二,“人造太阳”是造福全人类的清洁能源,是必须履行的国际义务,科技部不找太钢,找谁去?

思想问题解决了,更难的是技术问题。以此次通过国际认证的L型钢为例,6米长的两根管子,发来的英文材料有112页。技术人员必须看懂,并翻译、沟通给工人。L型钢是含氮不锈钢,硬度非常高。在加工时,用力不够就不能成型,而用力过猛,就很容易发生闷车现象:钢板容易变成飞行的炮弹,穿透厂房,发生安全事故。无数个日日夜夜,通宵达旦地考证、研究和改良,半年后,2011年,太钢宣布,L型钢研制成功。得到这一消息后,“人造太阳”国际项目采购包的负责人及欧洲核子研究中心材料专家第一时间飞抵太原,拍照、采集数据,并将资料传到《ITER NEWS》上。

“以前我们跟别人交流,是想看别人到底有什么成功的经验。现在反过来,有很多国外同事向我们打听,你们什么地方做得好。”张宝林说。

突破

中国智慧在这里闪耀

在太钢工业园区,记者见到了用于“人造太阳”的材料:L型、U型钢板,以及部分挤压件。站在“人造太阳”的示意图前,张宝林对其主体结构进行了解说。

从外观上看,除去外围设施,“人造太阳”的主体部分是一个直径和高度在29米的“大家伙”,相当于10层楼房那么高。太钢此次参与的核心技术主要集中在校正场线圈以及其他零部件。那么,这些校正场线圈有什么用途呢?我们就要说到核聚变的发生条件。

核聚变的发生条件,必须是在超高温或者超高压的条件下。“人造太阳”的反应堆条件,需要1亿摄氏度的高温。而在地球上,这样的温度几乎不能发生。因为人类迄今为止发现的耐高温金属钨的熔点也只有3410摄氏度。

俄罗斯的研究组发明出了一种磁元素,解决了这一难题。它的原理相当于,用磁编织成了一个鸟笼子,里面发生上亿摄氏度的高温。在这种强磁场的条件下,为了保证一个中子也不泄漏出来,就用到了校正场线圈。它的主要作用是弥补强磁场。

通过示意图记者看到,如果把人造太阳的主体比作一个巨型的易拉罐的话,太钢参与制造的校正场线圈,则主要分布在盖顶、盖底以及周边的外壁上。在顶部和底端,它呈现拼盘形状,在内壁周围,它像一个个独立的瓦片一样,包裹着强磁场。

制造出了超高温的环境后,如何能让这些材料承受“太阳”高温,成了严峻的考验。2016年,位于成都的西南物理研究院研制出的反应堆核心材料通过了国际认证,直接面对高温聚变物质,被称为反应堆的“第一壁”。

目标

用50年时间让“人造太阳”为人类服务

据介绍,人造太阳的材料生产主要分为四个阶段:研发、国际认证、小批量采购和批量生产。前两个阶段一般长达数十年,在实验室内进行。2月底,记者从太钢方面获悉,由太钢制造的板材已通过了国际认证,进入了小批量采购阶段。“人造太阳”项目一旦实现,人类能源枯竭问题将得到改善。和普通能源相比,核聚变清洁安全,能量巨大,用于核聚变的材料氘存在于海水中,一升海水中的氘聚变产生的能量相当于燃烧三百升汽油。只要往设备中不断输入氘和氚,在里面发生聚变反应,它就能源源不断地释放出能量,廉价而且数量丰富。“如果说,人类的火种来源于普罗米修斯的话,那么,人造太阳就是一次真正的‘盗天火’,它将让人类告别对地球母亲敲骨吸髓式的能源掠夺,一劳永逸地解决能源问题。”张宝林说,人造太阳要经历实验堆、示范堆、商业堆三个阶段,这个过程前后大约需要50年的时间。

通过50年的时间,再造一个太阳,用核聚变能把老百姓家的灯点亮。为了实现这个宏伟理想,数以万计的科研工作者正在夜以继日,付出不懈的努力。(记者 王芳)

答疑解惑

1、是要在地球上再造一个太阳吗?

答:不是。由于太阳是我们在自然界目前能看到的最大核聚变体,所以形象地称这个核聚变项目为“人造太阳”。

2、“人造太阳”主要用来干什么?

答:发电。由于其反应原理是核聚变,比现今核电站(核裂变)更加廉价、清洁和高效能。

3、“人造太阳”距离商用还有多远?

答:中外科学家在聚变装置科学实验和工程技术上取得了重要阶段性成果。有专家预计,聚变能商业化有可能在30—50年后实现。

名词点击

人造太阳,全称:国际热核聚变实验堆(ITER)计划,是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克,俗称“人造太阳”。

2003年1月,国务院批准我国参加ITER计划谈判,2006年5月,经国务院批准,中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定。这7方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家,覆盖的人口接近全球一半。

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