值得全世界震颤——中国“人造太阳”取得重大进展
时间: 2024-05-27 04:11:18 | 作者: 产品展示
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人类能源,归根结底来自太阳,不管是风力水力人力畜力,还是煤炭石油天然气。
太阳所赐予这些积累下的能源,够我们挥霍多久?文明发展给环境带来的负荷,地球还能承受多久?
中国大科学装置“东方超环”等离子体中心电力温度,首次实现1亿摄氏度运行近10秒。
其原理是让海水中大量存在的氘和氚在高温高密度条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的能源。
况且,核聚变反应的产物是氦元素和中子,不产生任何有害于人体健康的物质,是完全清洁的能源。
但“人造太阳”至少满足“极高的温度”与“充分的约束”两个苛刻条件,才能实现核聚变反应永续进行,并为人所用。
重点在于,如果能较久维持1亿度的高温,那就从另一方面代表着,人类能轻松实现核聚变商业化运用,将完全解决能源和环境问题,近乎永久地推动文明前进。
核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。
1985年,我国与欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度七方,提出了一个名为国际热核聚变实验堆(ITER)的计划,俗称“人造太阳”。
经过十三年努力,耗资十五亿美元,在集成世界聚变研究主要成果基础上,ITER工程设计于2001年完成。此后经过五年谈判,ITER计划,七方2006年正式签署联合实施协定,启动实施ITER计划。
根据ITER计划的部署,2007-2025年为建造阶段;2026-2037年为运行阶段;2037-2042年为去活化阶段,预计2050年左右实现核聚变能商业应用。
但是要想能量可被人类有效利用,走向商业化,一定要能合理的控制核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出。
而触发核聚变反应必须消耗能量,因此人工核聚变的能量与触发核聚变的能量要到达一定的比例才能有经济效应。
科学家正努力研究怎么样控制核聚变,目前主要的几种可控制核聚变方式——超声波核聚变、激光约束(惯性约束)核聚变、磁约束核聚变(托卡马克)。
托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。
1968年8月在苏联新西伯利亚召开的第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上,阿齐莫维齐宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子温度 1 keV,质子温度 0.5 keV,nτ=10的18次方m-3.s。
这在国际上掀起一阵托卡马克热潮,使之成为相对来说较为成熟的核聚变装置技术。
中国的EAST是世界上第一个实现稳态高约束模式运行维持的时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。
其实早在上个世纪60年代,我国就开始了核聚变的相关研究,但在那样一个温饱问题尚未完全稳定的国情下,科研经费捉襟见肘,研究进程举步维艰。
建成两个在发展中国家最大的、理工结合的大型现代化专业研究所,即中国核工业集团公司所属的西南物理研究院(SWIP)及中国科学院所属的合肥等离子体物理研究所(ASIPP)。
同时,还在中国科技大学、大连理工大学、华中科技大学、清华大学等高等院校中建立了核聚变及等离子体物理专业或研究室。科技部依托中国科大成立“国家磁约束聚变堆总体设计组”。
在当时,核聚变能的研发本身就是一个长期、大规模、高投入而且又是高风险的过程。
我国当时的工业化基础和经济实力远远落后于西方发达国家,如果想单独进行实验堆的建设和研究,则又须花费上百亿资金和十数年时间,这样只会拉大与发达国家的差距。
选择跻身ITER计划的建设和实验,从而全面掌握ITER的知识和技术,培养一批聚变工程和科研的实战人才,可以极大地推进我国核聚变能的进程。
历时8年、耗资2亿元人民币,由中国自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST,2006年首次成功完成放电实验,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。
这个被称为东方超环的热核聚变装置自问世以来,一次又一次刷新纪录,推动全人类核聚变能的研究进程。
--2017年7月3日实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。
--2018年11月首次实现加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦。
此次“东方超环”实现1亿摄氏度运行近10秒,也标志着经过数十年的追赶,我们已正式从追赶者变成了引领者,站在了世界核聚变研究的前端。
另外,除“东方超环”外,由中核集团核工业西南物理研究院承建的新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”也在建设中。该装置预计今年投入运行。
届时将会促进推进核聚能技术的发展,相信不久后的未来,我们人类就能在此领域走向成熟,拥有“取之不尽用之不竭”的环保新能源。