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大连理工大学在可控核聚变研究中取得重大进展

来源:人民网 2011年03月25日 作者:王金海 张世安

    目前的核反应堆都是采用核裂变反应,其主要两大缺点就是:所需的核燃料铀地球含量稀少与核辐射污染难处理。日本福岛第一核电站就是采用核裂变反应堆,所以由于大地震导致的核辐射元素泄露事故令全世界谈核色变。由于核裂变堆的这两个致命弱点,全世界的核物理专家都在积极探索更为安全的、持续时间更长的核能开发和利用。
  2006年,全世界7个国家和地区(中国、欧洲、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度)签署了国际上最大的多边科研合作项目——国际热核反应堆计划(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER),ITER计划将历时35年,其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年、去活化阶段5年。核聚变反应堆,俗称“人造太阳”,聚变反应不含裂变产物那样的辐射污染,所以是清洁的核能源。核聚变原料就是氢的同位素氘和氚。氘在海水中储量极为丰富,一公升海水里提取出的氘,在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。可以说核聚变原料是“取之不尽,用之不竭”的。所以核聚变能源是是彻底解决全球能源危机的根本出路之一。
  大连理工大学是中国所参加ITER计划的高校群体中的骨干单位,近年来共主持和参加国家科技部ITER计划专项课题共5项,总计费近2000万元。2010年国家科技部为ITER计划共设立9个人才课题,王正汹副教授的研究课题“撕裂模不稳定性与微观湍流相互作用及相关反常输运的研究”以第一名获得该人才课题资助(资助191万元),主要是采用大规模计算机模拟来研究核聚变反应堆中的磁流体不稳定模式。
  近日,王正汹课题组通过大规模计算机模拟给出了核聚变装置中反磁场剪切位形下的无碰撞双撕裂模的定标关系。该结果可以较真实地预测核聚变反应堆中的无碰撞磁场重联的演化速率,对更好地利用强磁场约束反应堆中上亿度的高温等离子体提供重要的理论指导。这个工作刚刚发表在国际核聚变最权威期刊《核聚变》(Nuclear Fusion)。Nuclear Fusion是由国际原子能机构(International Atomic Energy Agency, IAEA)主办的核聚变领域最权威期刊,影响因子4.270。每年我国在Nuclear Fusion发表的文章总数不超过10篇,而且绝大多数都是实验文章,理论和模拟方面的文章对实验具有非常重要的指导意义才会被发表。这也是大连理工大学在Nuclear Fusion上发表的第一篇学术论文。
  这是继2007年以来王正汹在核聚变大规模计算机模拟研究方面取得的又一次重大进展。2007年,王正汹在碰撞双撕裂模磁场重联率以及磁场拓扑演化研究方面取得了重大突破性成果,解决了国际学术界10余年的一个争议。相关文章发表在物理领域最权威期刊美国《物理评论快报》(Physical Review Letters),影响因子7.328。这些研究成果标志着大连理工大学在可控核聚变双撕裂模磁场重联大规模计算机模拟方面已处于国际领先的地位。

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