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彭先觉:核能利用研究的先行者

全文共 2554 字

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对于核聚变能源,人们一直寄予厚望,认为它是一种资源取之不尽、用之不竭的清洁核能,是人类的终极能源。这一认识已写入教科书,甚至写入各级国内能源发展战略和计划,并吸引了许多科学家为实现这一理想而努力。中国工程院院士彭先觉从事聚变能源研究多年,对聚变能源的未来前景进行了非常认真的研究和思考。他的意见很有意义。1993年,他开始关注中国和平利用核爆炸。1996年,他与合作者一起提出了“核爆炸聚集子站”的概念,形成了一个相对完整的核爆炸聚集子站概念,拓展了人类解决能源问题的思路。2001年,他开始关注Z箍缩缩聚反应,并成为中国工程物理研究所Z箍缩缩聚反应研究的技术负责人。2008年,他提出了“Z箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)”的概念,并带领团队进行了近十年的深入研究。结论是,这是下一个千年最具竞争力的能源。

彭先觉,原中国工程物理研究院科学技术委员会主任,研究员,中国工程院院士。1941年出生于湖南省湘潭市沂沭河唐嫣村。1959年考入哈尔滨军事工程学院原子能工程系。毕业后,他被分配到核工业部第九研究院理论部从事核武器的开发和设计工作。他承担了许多重要发展模式的设计任务,并在各种核武器的发展和设计方面做出了许多发明。他是第二代氢弹次级技术路线的发起人(也被称为氢弹主体)。1999年,他当选为中国工程院能源与采矿工程系院士。

近年来,彭先觉院士通过对核能和聚变能的研究,取得了一些非常重要的认识:

首先,纯变电站很难成为有竞争力的未来能源。

能源也是一种商品。一种能源是否受青睐取决于它是否有高质量和好价格。能源的优点和缺点可以通过其安全性、经济性、耐久性和环境友好性来评估。从理论上讲,太阳能、快堆、聚变堆以及核能中的聚变-裂变混合堆是支撑人类未来长期生存和发展的能源。太阳能的优点是安全、耐用(光伏发电厂的耐用性将取决于稀有金属元素的储量和可回收性)和环境友好。缺点是间歇性、分散和经济。能否成为稳定规模的能源(如保证大城市的能源供应)取决于储能技术的发展,这是一个重大的技术问题,将严重影响其经济性。核能的重要优势是稳定性、可持续性和规模。核能快堆可以将铀资源的利用率提高到60%左右。即使是地球上的资源也只能维持人类一千多年的能源供应,所以它是一种持久的能源。缺点是经济不是很好,技术上依赖于铀和钚的核燃料循环,并且对环境有一定的影响;其安全性大致相当于压水堆,但在运行期间应更加小心。聚变能目前仍是科技领域的一大难题。实现聚变的主要途径是磁约束和惯性约束。惯性约束聚变必须有驱动器来创造条件。最有可能的驱动器是激光和Z箍缩驱动器。但无论从哪方面来看,经济都非常糟糕。拥有100万千瓦电力的托卡马克型磁约束商业电站将耗资100多亿美元,而且难以操作和控制。将近50%的发电量将被消耗掉(发电站的能量增益Q值小于3)。目前仍存在许多问题,如氚的自持性、等离子体破裂、材料的抗辐射能力等,具有一定的技术风险。对于激光聚变来说,以第二重复率工作的激光器是最大的困难,其成本将超过100亿美元。其次,当激光应用于能源时,存在一些材料和环境上的困难。Z箍缩驱动聚变也是如此。目前,驱动器的工作频率为0.1赫兹,并联一个电站需要10个以上的驱动器。因此,电站的成本将超过100亿美元,而且在长期稳定运行方面也将面临困难。此外,激光和Z箍缩都具有低能量产生效率(Q值约为5)。因此,我们说纯集气站不经济,有一定的技术风险。它不是一种有竞争力的未来能源。

其次,Z-FFR是未来人类规模能源最强有力的竞争对手

聚变和裂变的巧妙结合是应用核能的有效方法。裂变技术可以用来解决聚变问题,聚变技术可以用来克服裂变瓶颈,实现综合性能的突破性提高。利用Z箍缩驱动惯性约束聚变具有驱动原理、结构简单、成本低、能量转换效率高的优点。Z-FFR主要基于裂变能量释放,聚变仅占总能量的5%左右,这大大降低了聚变作为一种能量应用的要求;至于裂变反应堆,由于高能聚变中子的加入,它们的优点可以进一步发展,它们的缺点可以通过巧妙的设计加以改进甚至消除,使它们成为高质量的能源。概念研究表明,堆只需要一个驱动程序。裂变反应堆采用金属天然铀锆合金作为核燃料,水作为传热和减速介质,可实现10倍以上的能量放大,提高裂变核素的价值。因此,核燃料循环可以用“干法”进行,从反应堆排出的放射性核废料每年只有200公斤左右。5年的换料,换料可以添加5t贫化铀或钍继续燃烧,铀资源利用率达到90%以上,因此这种方式可以独立维持人类几千年的能源供应。此外,更重要的是它非常安全。裂变反应堆总是处于深亚临界状态,不会有严重的安全事故。此外,很容易建立几个被动余热安全系统。因此,可以说从根本上解决了核能的安全问题,也为分布式核能模式奠定了基础。这种桩的成本估计约为30亿美元,非常经济和环保。因此,未来的能源将在太阳能、快堆和堆芯堆之间展开竞争,堆芯堆作为规模能源将具有明显的优势。

第三,核聚变也很难(或几乎不可能)成为取之不尽的能源。

目前的聚变使用氢同位素氘和氚作为燃料,而氚是一种放射性核素,半衰期为12.3年。它不存在于自然界,主要是由中子轰击锂-6产生的。因此,可利用的聚变能依赖于锂-6的储存。从目前的地质勘探情况来看,陆地上储存的聚变能只有陆地上储存的铀裂变能的三分之一左右,因此氘氚聚变能不可能长期维持人类的能源供应。原意是无穷无尽的,主要是希望氘氘聚变。然而,除了核爆炸,氘和氘在其他方面的聚变能量在物理上几乎是不可能的。让我们先来看看磁约束方法。由于氘-氘聚变反应速率比氘-氚低近两个数量级,为了实现氘-氘聚变,必须大大提高燃烧等离子体的温度和密度,并增加等离子体的约束时间。更不用说由此带来的工程和材料上的困难了,加热等离子体的功率可能会增加几倍,因此发电站不能有能量输出。惯性约束聚变也是如此。从靶丸压缩的角度来看,即使用更多的能量来压缩,压缩程度不能显著提高。为了使氘和氘燃烧,只有数量级才能提高聚变燃料的质量,而驾驶员所需的能量需要增加近两个数量级。这种系统的能量增益远小于1,更不用说能量了。因此,终极能量的主张只是一个美丽的幻想,甚至是一个误导。

第四,关于核能的“清洁问题”

上述观点是一个家庭的话,但它们也是一个更科学和务实的判断。

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谢立惠:我国雷达研制先行者

全文共 1108 字

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“科腾兴协会在世界各地引领智者飞行,学者们探索神州电子雷达的新篇章。”这是四川省科协在谢任教56周年之际题赠给他的对联,简明扼要地概括了他的一生。

谢1907年4月23日出生于安徽省无为县。他的祖母是小学校长,父亲是中学教师。良好的家庭教育环境使他学习成绩优异。他于1927年被中央大学数学系录取,并在第二年转到物理系。他在学校里保持着努力工作的作风,并且半工半读来支付学费和生活费。

1931年,谢从中央大学物理系毕业后,留校任教于中央大学附属实验中学。1937年至1958年,谢在重庆工作和生活。曾在重庆大学等学校任教,并参与西南师范大学的建设。在此期间,谢还参与创办了“中国科学工作者协会”和九三学社,是九三学社的创始人之一。

1940年,在第二次世界大战的影响下,为了防止空军的攻击,英国科学家发明了一种探测器,它可以探测直径数百公里的区域内不可战胜的空袭。这个探测器是雷达。1944年,当有关雷达的消息传到我国时,我国组织了专门的组织来发展自己的雷达。1947年,应舒北兴的邀请,谢参与了雷达的研究与开发,成为我国第一批发展雷达技术的科学家和我国最早发展雷达技术的先驱。

当时,雷达技术是保密的。科学研究人员只知道如何利用无线电探测来探测不明飞行物,但他们对具体原理知之甚少。当时,负责谢雷达的总体设计。他认为,雷达原理类似于电离层探测设备的主要原理,后者利用无线电波的反射来确定目标的距离。然而,由于不同的反射器,一个是离地面几公里的巨大电离层,另一个是距离变化很快的小平面。因此,两者的设计是非常不同的,所以设计和开发雷达要困难得多。谢提出了以下方案:基于电离层探测原理的雷达研制。然而,由于缺乏必要的部件和开发设备以及需要搬迁技术办公室,雷达开发最终没有完成。后来,谢买了两本英国人写的关于雷达原理和技术的书。上面描述的内容与他在无线电组中设想的雷达的原理和结构大致相同。他马上意识到原型雷达还没有完成,因为物质基础还没有达到,他的想法也没有错。谢研制的雷达样机接收设备显示的灵敏度符合当时的标准,可称为我国第一台雷达。

谢一生致力于我国的教育事业。从1931年开始,谢在教育领域辛勤工作了近60年,培养和造就了一大批优秀人才。他始终坚持严谨的学风,注重教学艺术,偏爱启发式教学方法,注重培养学生的实践能力,课堂很有吸引力。近3000名学生,其中许多是中国科学院的院士、教授、研究员和高级工程师,由谢亲自授课。在数十年的教学生涯中,谢积累了十次于本关于“无线电原理”和“微分方程”的讲座。

谢几十年来一直在高等教育战线上日复一日地工作。他对法律很严格,对别人很宽容。他深受同学、老师和学生的尊敬,并鼓励我们前进。

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中国移动开启5G终端先行者计划将与产业链携手开辟终端新征程

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中国移动“5G终端先行者计划”现已发展有35家成员,在此次全球合作伙伴大会上将发布首批5G试验型终端产品发布,中国移动终端公司副总经理王岱辉在2018中国移动全球合作伙伴大会媒体沟通会上表示。

当前正值4G向5G演进的关键时期,“5G终端先行者计划”是中国移动把握产业趋势、与产业链携手共同开辟终端新征程的“先行”之路。据了解,该计划以在产业初期尽快推出首批5G终端为目标,参与各方在技术方案研究、应用场景探索、产品形态创新、示范应用推广等方面开展充分合作,共同建立起成熟的5G终端产业生态,实现各方协同创新、融合共赢。

2018年2月27日,在西班牙巴塞罗那世界移动通信大会期间,中国移动联合全球20家终端产业合作伙伴在GTI国际产业峰会共同启动了“5G终端先行者计划”。基于该计划,各方计划在2018年底前推出首批符合中国移动需求的5G芯片、2019年上半年发布首批5G预商用终端,包括数据类终端、智能手机等产品。

2018年6月28日,在世界移动通信大会·上海期间,中国移动举行“5G终端先行者计划”合作备忘(MoU)签约仪式,与28家“5G终端先行者计划”成员签署合作备忘,包括6家主流芯片企业、13家主流终端企业、5家元器件企业、4家仪表企业。

在2018中国移动全球合作伙伴大会上,中国移动将会展示这一计划的部分成果,如部分可支持5G预商用的终端等。同时,还将发布重磅白皮书,以推动和引领产业链发展。

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