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我国“人造太阳”取得重大突破, 能源问题或将彻底解决

时间:2020-06-15 23:15:09 点击:

  核心提示: 4月2日消息,中国自主设计的核聚变实验装置、被称为“人造太阳”的东方超环日前取得重大突破,在1亿度超高温度下运行了近10秒。 核聚变被视为人类解决能源问题的终极方案,现在的问题就是核聚变技术还不够成...

4月2日消息,中国自主设计的核聚变实验装置、被称为“人造太阳”的东方超环日前取得重大突破,在1亿度超高温度下运行了近10秒。

核聚变被视为人类解决能源问题的终极方案,现在的问题就是核聚变技术还不够成熟,因为引发核聚变需要超高温度,如何制造、控制这个温度是个问题,一种解决方式就是超导托卡马克,利用磁约束控制等离子体发热实现超高温。

“东方超环”是全超导托卡马克核聚变试验装置,被称为“人造太阳”。“东方超环”EAST是中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主研制的磁约束核聚变实验装置,是我国第四代核聚变实验装置。东方超环也被称为人造太阳,因为它的目标就是像太阳一样发生核聚变为人类提供能源。

核聚变产生能量的原理与太阳发光发热相似,因此在地球上以探索清洁能源为目的的可控核聚变研究装置,又被称为“人造太阳”。核聚变能因其清洁、环保、安全、原料丰富等特点,被认为是人类未来最有希望的能源之一。如果人类掌握了核聚变能源,将拥有可使用上十亿年的清洁能源。

人类开发核能的途径主要有两条——重元素的裂变和轻元素的聚变。利用核裂变原理,人类已建造了几百个核电站,对于核聚变的利用却落后很多。

“人造太阳”的科学目标是,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清洁能源。这被视为进入第四次工业革命的最强大的基石之一。

科学家测算,一升海水含有0.03克氘,产生的聚变能源相当于300升汽油。海水中共有超过45万亿吨氘,释放的能量够人类使用上亿年。

更重要的是,核聚变反应的产物是氦元素和中子,不产生任何有害物质,堪称完全清洁的能源。

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。

中国国际核聚变能源计划执行中心主任罗德隆曾公开表示,氘核与氚核间发生聚变反应时,温度须达到5000万摄氏度以上。此外,将高温等离子体维持相对足够长的时间,才能充分发生聚变反应,释放出足够多的能量。

2017年7月,“东方超环”在世界上首次实现5000万度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行,实现了从60秒到百秒量级的跨越,创造了核聚变的世界纪录。

2018年11月,“东方超环”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。在电子回旋与低杂波协同加热下,等离子体中心电子温度首次达到1亿度,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件。

与2018年首次实现1亿度温度相比,此次“东方超环”将1亿度维持了近10秒钟,再获重大突破。

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。

这一装置采用了更先进的结构与控制方式,等离子体温度有望超过2亿摄氏度。

国际上也在建造一个规模更大的“人造太阳”。这一名为“国际热核聚变试验堆(ITER)计划”的项目,总投资约150亿欧元,是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。

1988年,ITER计划由美国、苏联、欧洲共同体和日本等国在内的七方共同启动,目标是在法国共同建造一个超导托卡马克型聚变试验堆,总共分为建造、运行、去活化、退役四个阶段。

2003年,中国加入ITER计划。2008年,中国全面开展ITER计划工作,承担了其中约10%的研发制造任务。

2016年4月,中国承担生产和设计的首个超大部件——脉冲高压变电站首台主变压器,运往ITER设施的建造地法国。

当年12月,由中核集团西南物理研究院自主研发制造的国际热核聚变核心部件——超热负荷第一壁原型件,在国际上率先通过权威机构认证。

2018年1月,中国首个通过公开招标中标ITER计划项目的核压力设备完成制造,四台不锈钢蒸汽冷凝罐(VST)运往法国。

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。

如果能较长时间维持1亿度的高温,那人类距离解决核聚变商业化应用真的就不远了,不过这一天可能还需要很长时间。

作者:不详 来源:网络
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