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(九)配套设施区

1. 废气处理设备

功能:收集和处理站内各生产环节产生的废气,如粉尘、有机废气、异味等,使其达标排放,减少对环境的污染。

设备:布袋除尘器(除尘效率 99%以上)、活性炭吸附塔(吸附容量 200 - 500 千克\/立方米)、除臭装置(除臭效率 80%以上)。

2. 废水处理设备

功能:处理站内生产过程中产生的废水,包括清洗废水、工艺废水等,去除其中的污染物,使其达到排放标准或循环利用标准。

设备:废水调节池(有效容积 100 - 500 立方米)、生物处理池(采用活性污泥法或生物膜法)、中水回用系统(回用率 50% - 80%)。

三、可回收垃圾资源

1. 金属垃圾:包括废旧钢铁、铜、铝、锌、锡等金属制品,如废旧汽车、电器、管道、金属家具等。

2. 塑料垃圾:各类废弃塑料制品,如塑料瓶、塑料袋、塑料餐具、塑料玩具、塑料管材等。

3. 纸张垃圾:晨曦城的纸类文件、孩子们的作业本、书籍、纸箱、纸盒、纸袋等。

4. 电子垃圾:废旧电脑、手机、电视、冰箱、洗衣机等电子电器产品,其中含有多种金属、塑料和稀有材料。

5. 玻璃垃圾:废旧玻璃瓶、玻璃器皿、平板玻璃等。

6. 有机垃圾:厨余垃圾、园林垃圾等,可通过生物处理转化为有机肥料或生物能源。

7. 辐射源垃圾:废旧医疗设备、工业探伤设备、核设施退役部件等含有放射性物质的垃圾,需谨慎处理。

8. 外星科技垃圾:来自外星探索或陨石携带的未知材料、部件或装置,具有潜在的巨大科技价值。

通过以上晨曦资源再生枢纽中心的建设和运营,能够实现对多种垃圾资源的有效回收和再利用。

同时为周边 10 万人提供清洁的生活用水和沼气能源用于做饭,并利用可控核聚变能源站提供电力,达到资源节约、环境保护和科技探索的多重目标。

虽说托卡马克和仿星体结构都可以实现可控核聚变,但是两者还是有区别的。

【磁场产生方式及结构】

托卡马克:主要利用强大的环形磁场和等离子体电流自身产生的极向磁场共同作用来约束等离子体。

它有一个环形的真空室,在真空室外有大型的环形线圈来产生环形磁场,当等离子体被注入并在环形真空室内被加热形成后,等离子体内部会产生电流,这个电流又会产生极向磁场,两种磁场相互配合,将等离子体约束在环形区域内。其结构相对来说在概念上较为直观,环形特征明显。

例如国际热核聚变实验堆(ItER)就是典型的托卡马克装置,有着巨大的环形真空室以及配套的线圈系统环绕其外。

仿星器结构:完全依靠外部的线圈来产生复杂的三维磁场去约束等离子体,不需要等离子体自身产生电流来辅助约束。

其外部线圈的布局非常精巧且复杂,通过多个螺旋状的线圈绕组,按照特定的几何形状和电流配置,构建出扭曲、旋转变换的磁力线,让等离子体沿着这些磁力线做螺旋运动并被稳定约束。

它的形状可以是类似跑道形、螺旋形等多种复杂形状的组合,整体结构呈现出明显的三维空间特性。

比如像德国的文德尔施泰因7-x(w7-x)仿星器,有着复杂的线圈构造,其磁力线分布是经过精心设计的三维形态。

【等离子体稳定性及约束效果】

托卡马克:对等离子体的约束效果在一定程度上依赖于等离子体电流,不过这也导致容易出现一些不稳定现象,比如等离子体电流中断、破裂等问题,这些不稳定情况可能破坏约束,甚至对装置造成损害。

需要复杂的控制手段和反馈系统来尽量维持等离子体的稳定状态,保障核聚变反应平稳进行。

但在合适的参数调控和工程优化下,能够实现较好的约束性能,使等离子体达到满足核聚变反应需求的高温、高密度状态。

仿星器结构: 由于其磁场完全由外部线圈产生,不存在因等离子体电流变化带来的相关不稳定问题,从原理上具有更好的稳定性优势。

不过其磁场的复杂性使得精确控制和优化约束条件变得颇具挑战性,要实现高度均匀且理想的等离子体约束,需要对线圈设计、磁场位形等方面进行极为精细的调整和研究。

目前仿星器在约束性能方面也在不断进步,随着技术发展逐渐能实现可观的等离子体参数,为核聚变反应创造良好条件。

【工程难度与造价】

托卡马克:相对来说工程结构较为规整,环形真空室和配套线圈等主要部件的制造和安装在现有工程技术下虽然难度颇高,但经过多年发展已经有了相对成熟的工艺和经验积累,例如超导线圈技术在托卡马克装置中的应用等。

不过由于其规模往往较大,并且需要应对等离子体电流等相关复杂问题的配套设施,总体造价仍然非常高昂。

比如像ItER项目,就是一个投资巨大、汇聚众多国家科研力量合作建设的大型托卡马克工程。

仿星器结构:其复杂的线圈系统对制造精度、安装调试要求极高,需要精确控制每个线圈的形状、位置以及电流大小等参数,任何细微偏差都可能影响磁场质量和等离子体约束效果,所以工程难度极大。

而且复杂的三维结构使得维护、检修等操作也面临诸多不便,这也在一定程度上增加了成本,整体造价并不低于托卡马克装置,同样需要高额的资金投入和先进的工程技术支撑。

例如在制造文德尔施泰因7-x的线圈时,就需要攻克众多高精度加工和装配方面的难题,花费大量人力物力成本。

【实验运行与研究特点】

托卡马克:在实验运行方面,因为有等离子体电流参与约束,所以在加热等离子体、驱动电流等操作上有一套相对成熟的方法和技术体系,研究重点往往围绕如何更好地控制等离子体电流、优化磁场位形以及提高能量约束时间等关键指标,通过不断调整参数、改进技术来提升核聚变性能。

全球众多托卡马克装置已经开展了大量的实验研究,积累了丰富的数据和经验,为后续更大规模的核聚变项目以及理论发展提供了重要支撑。

仿星器结构:实验运行更多聚焦于对复杂三维磁场下等离子体行为的探索,研究如何通过优化线圈设计和磁场配置进一步提高等离子体的稳定性和约束效果,由于其相对独特的磁场约束机制,能够为研究一些在托卡马克中不容易实现或者观察到的等离子体物理现象提供平台,有助于拓展对可控核聚变物理机制的全面理解。

不同的仿星器装置在各自的实验中不断尝试新的磁场位形、加热方式等,为整个核聚变领域探索新的技术路线和思路。

(题外话:此前仅美国、德国掌握,目前我国也掌握了,消息来源科技日报,报道时间是2024年11月14日。

我国首台准环对称仿星器测试平台,在四川成都召开成果交流会上,宣布取得了重大阶段性成果。这一成果,标志着我国在磁约束聚变研究领域,成为继美国、德国之后又一掌握三维非平面模块线圈高度精度制造工艺的国家。

交流会上,西南交通大学聚变科学研究所所长许宇鸿教授做了关于cFqS及cFqS——t的研究报告,报告中详细阐述了cFqS——t在研究过程中的技术挑战和解决方案,以及所取得的阶段性成果。

与会专家对cFqS——t的研究成果给予了高度评价,认为这一成果为加速我国磁约束聚变研发进程作出了重要贡献。

值得一提的是,cFqS——t测试平台在运行中首次证实了准环向对称磁场位形及其先进性,这位为后期cFqS装置高参数运行奠定了坚实的基础,也为未来磁约束核聚变技术的发展,提供了新的物理见解。)

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