中国核聚变发展获重大突破新一代“人造太阳”开始放电
时间: 2024-07-02 14:25:46 | 作者: 产品展示
产品介绍
刘永是被这样一道电光“击中”的:漆黑的内壁开始明亮起来,在摄像机镜头下泛着蓝光,一道白光忽然出现,间歇又是一道。随后,电光交织、频繁闪烁。“真美!”他的手掌心倏地张开,因为激动,掌心还残留汗渍。
12月4日14时02分,新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并实现首次放电。刘永是这一个项目的负责人。当天的放电仪式上,人们沸腾了。国家原子能机构主任张克俭说,今天,我国自主研制的中国环流器二号M装置建成运行,这是我国核聚变发展史上的重要里程碑。
这个被评价为里程碑式的装置总体参数达到国际领先水平,它的等离子体体积达到国内现有装置两倍以上,等离子体电流能力提高到2.5兆安培以上,等离子体离子温度可达到1.5亿度,相当于太阳芯部温度的近10倍,能实现高密度、高比压、高自举电流运行。
对此,刘永满怀豪情,他说,HL-2M主要是用来开展高参数、高性能条件下的可控核聚变研究,而研究的最终目的是“问鼎”人类终极能源,再造一个太阳。
支撑人类社会持续健康发展的能量来自太阳,太阳的能量则来自核聚变。质量小的原子在一定条件下(如超高温和高压),会发生原子核互相聚合作用,原子核的变化往往伴随巨大的能量释放。如果人类可以掌控这种反应,就从另一方面代表着世世代代将拥有无限的、清洁的能源。因此,从上世纪50年代开始,中国就始终致力于打造“人造太阳”。
这一过程并不是特别容易。要实现可控核聚变反应,一定要满足三个苛刻条件:一是温度要足够高,使燃料变成超过1亿摄氏度的等离子体;二是密度要足够高,这样两原子核发生碰撞的概率就大;三是等离子体在有限的空间里被约束足够长时间。
为了达到这三个条件,目前,国际上大多数国家都采取建造托卡马克装置的形式。这是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。它的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电时,托卡马克内部会产生巨大的螺旋形磁场,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。
多年来,我国已建成中国环流器—号、二号装置、“东方超环”等一批大科学装置,掌握了“人造太阳”的部分关键技术,但离让聚变反应持续可控的目标仍有不小的差距。事实上,这对世界各国来说都是个巨大的挑战。
一个可以佐证的事实是,由于难度实在太大,1985年,国际热核聚变实验堆(ITER) 计划被推出,集全世界力量攻克难关。该计划吸引了中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方参与,是当今世界最大的科学工程之一,也是我国第一次以全权、平等伙伴身份参加的大型国际科学技术合作项目。
ITER计划实施后,中国核聚变怎么样发展?这成为中国核聚变研究者必须直面的问题。当时,中国的托卡马克装置已难以满足核聚变研究的要求,他们亟须性能更高、参数指标与国际领先水平媲美的平台做支撑。
“参数越接近ITER越有利于中国在全球核聚变领域发挥作用。但是,这对国家总实力,特别是工业制造能力一项严峻的考验。”刘永说,在前ITER时代,参数很低的装置显然没有必要建造。但是建造参数高的装置,中国技术积累够不够、是不是具备建造能力、人才是否能支撑,经费是否能保障……对这一长串问题,专家们争议很多。
如何平衡和把握先进性和可靠性之间的关系,成为大家反复讨论的焦点。但专家们最终的意见是:努力跳,够得着。
在刘永看来,对于中国人来说,若要在ITER上发挥更多作用,像HL-2M这样高参数运行的装置不可或缺,一方面支撑ITER,为ITER开展预先研究,并探索相关物理与工程问题;另一方面就是作为我国可控核聚变人才培养的重要平台。这是承上启下的重要一步,不可逾越。
没有人精确地计算过HL-2M中究竟有多少项创新。事实上,对于HL-2M工程建设项目的科研人员、设计师、工程师和管理团队来说,他们每一天都在创新的路上。
中国可控核聚变研究与世界几乎同步。自1955年钱三强、李正武等老一辈科学家提议开展“可控热核反应”以来,我国在聚变领域取得了一系列重要科研成果。特别是1965年中核集团核工业西南物理研究院(以下简称“核西物院”)成立后,先后发展了脉冲磁镜、角向箍缩装置、仿星器、超导磁镜、反场箍缩装置和托卡马克等多种类型的磁约束聚变研究装置。
其中,最为典型的是1984年在四川乐山建成的中国环流器一号(HL-1),标志着我国可控核聚变研究从原理探索进入规模化实验研究新阶段。从此,中国核聚变研究由小到大、由弱到强,进入高水平发展的新阶段。2002年,由核西物院建造的中国环流器二号A(HL-2A)成为这一时期的代表,这也是我国第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置。
HL-2M装置是HL-2A的改造升级装置。在HL-2M装置建设过程中,核西物院联合国内多家研制单位,在装置物理与结构设计、特别的材料研制、材料连接与核心部件研发、总装集成等方面取得了多项突破。
以HL-2M装置建设为牵引,核西物院掌握的特种材料、关键设备、极端条件精密制造等关键技术,已形成“同步辐射”效应,在航空、航天、电子等前沿领域实现创新应用。
这个团队的一名晚辈在学校时就一直在关注ITER的进展,前年博士毕业后因为想做核聚变的研究加入了核西物院,正好赶上HL-2M装置的研制安装。
这个名叫刘林子的年轻人说,现实情况比起初预想要困难得多,HL-2M中不少材料和工艺都是前人没有做过的,为实现“努力跳、够得着”,他们不断在向极限挑战。
一名建造人员数次腰疾复发,愣是坚守制造现场没说一声,直至被人发现脸色不对、直冒冷汗才下了工厂;为了突破技术瓶颈,有人干脆住在了工厂,后来一算日子,自己累计驻厂竟然近5年了;在重要部件的安装、调试期,有的团队一个月内做了十几个方案,反复验证,最终在现场苦战整整3个月才达成目标……
20年弹指一挥间。HL-2M首次放电那天,不少人都松了一口气,聚在一起聊着这些年的经历,年轻的后辈饶有兴致地听着。
刘林子很激动,她曾经参观过秦山核电站,那里的博物馆让她感触很深,“裂变都已经有一个展览馆可以讲述自己的历史了,以后聚变站建好了,我们会不会也有这样一个博物馆讲述我们的历史?”她希望自己能成为书写历史的一员。(张均斌)
飞向蓝天的“卓玛”(身边的小康故事)“卓玛,飞机能飞多高啊?”“卓玛你去过哪些城市了?”……每次回家,格茸卓玛仿佛是村里的“明星”。 格茸卓玛的家乡在云南省迪庆藏族自治州香格里拉市小中甸镇团结村。这个很多人没有坐过飞机的村子,却走出了一位在飞机上工作的女孩。 作为东航…【详细】
云南新增19例境外输入确定诊出的病例人民网昆明7月27日电 (符皓)据云南省卫生健康委员会通报,7月26日0时至24时,云南无新增本土新冠肺炎确定诊出的病例和无症状感染的人。新增境外输入确定诊出的病例19例、无症状感染的人3例。确定诊出的病例治愈出院2例(境外输入),无症状感染的人解除隔离医学观察2…【详细】