中国“人造太阳”再创纪录 实现1.2亿摄氏度101秒等离子体运行

中国“人造太阳”——EAST全超导托卡马克装置(东方超环)(简称EAST)物理实验,周五实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒等离子体运行和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,将去年EAST装置物理实验实现的1亿摄氏度20秒提高了5倍,再次创造世界纪录

5月28日凌晨3时02分,在中科院合肥物质科学研究院EAST控制大厅,当大屏幕上数字突破100秒瞬间,所有人起立欢呼。基于40多年努力,有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录,向核聚变能源应用迈出重要一步。

实验总负责人龚先祖兴奋地大吼一声,击案而起。身旁的中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛轻拍了他两下,两人拥抱在一起。


带读者从科幻世界出发

不管是《流浪地球》里推动地球远离太阳系的行星发动机,还是“钢铁侠”胸口正中那颗释放巨大能量的斯塔克之心,“核聚变反应”这个命题在人类对未来的畅想中始终占有重要地位。
在大刘的科幻小说《中国太阳》中,中国科学家们通过电磁弹射向太空发射大量的金属薄膜反射片材料在同步轨道上组成大型反射阵列,光压产生太阳风帆推力使得发射阵列绕地球运转。在使用时调节反射片角度达到“指哪打哪”的效果。

EAST是由中国国家发改委批准立项的“九五”国家重大科技基础设施。去年6月,中科院合肥物质科学研究院等离子体所启动EAST的升级改造工作,历时一年的升级改造全面提升了该装置性能。

核聚变能具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等突出优点,是人类未来理想的清洁能源之一,可为实现碳中和作出重要贡献。

据悉,上亿摄氏度高温等离子体条件下连续稳态运行是未来聚变发电的必要条件。目前,EAST是国际上唯一能在百秒量级条件上全面演示和验证国际热核聚变实验堆ITER未来400秒科学研究的实验装置。(中新社照片)

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文章来源 : 星洲日报 2021-05-29

补脑洞

高约11米,直径约8米,重400余吨,看上去像一个巨大的“罐子”,顶部飘扬着五星红旗——这就是全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)。EAST是中国自主研发的,世界上第一个全超导磁体、非圆截面托卡马克实验装置,它拥有类似太阳的运行机制,因此又有‘人造太阳’之称。
既然世界上有个太阳,为什么还要造“人造太阳”?科研人员介绍,因为煤、石油、天然气未来有枯竭的危险,还存在一定的环境污染。而风能、水能、太阳能等新能源又受限于天气或地理条件等限制,难以满足需要。目前的核电站采用核裂变反应,所需要的铀、钚等元素储量有限,还会产生放射性。
“人造太阳”采用的是核聚变反应,所需的原材料之一氘(英语:Deuterium)在地球上储量巨大,几乎取之不竭、用之不尽。据测算,1升海水中含有的氘,核聚变反应后可以产生300升汽油燃烧的能量,生成物也没有危害。因此,核聚变能源被认为是理想的“终极能源”。
“人造太阳”,能带来哪些改变?可能有三个主要方面:第一、能源危机迎刃而解,能源价格将非常低廉。其次,核聚变的产物为氦和中子,不排放有害气体,地球上的温室效应、酸雨、雾霾将大幅减轻乃至消失,生态环境得到改善。第三,核聚变能源的原料从海水中就能获得,人类因能源问题引发的争端将大为减少,地球会变得更和平。
这对广大市民未来有什么深刻影响?核聚变可超长时间地提供能源,不仅可实现美国漫威英雄钢铁侠依靠胸口那个小型反应炉供能,电动汽车、手机等也都不用充电。对于工业方面,还有很多。ITER计划的需求引导大大促进了国内企业生产技术的先进性,超导线材、核磁共振线材等材料和技术都达到了国际水平。此外,随之带来的材料进步也促进了其他领域的发展,如歼15战斗机起落架等。

目前世界上只有中国独有吗?当然不是。由于认识到核聚变是解决人类未来能源的终极目标,因此,国际上核聚变研究既有合作,也有竞争。合作的标志是,2020年7月28日,国际热核聚变实验堆(ITER)计划重大工程安装启动仪式在法国该组织总部举行。ITER计划由中国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方共同实施。2018年,美国麻省理工学院等离子体科学与核聚变中心,开始设计建造比ITER更先进的聚变反应堆SPARC,比ITER反应堆体积缩小数十倍、成本大幅降低。2020年12月28日,韩国超导托卡马克高级研究(KSTAR,称为韩国的“人造太阳”)创造当时新的世界纪录,其离子体在超过1亿摄氏度下维持了20秒钟。

哇!真的好棒! 是的。未来如果实现“人造太阳”产能和供能,对于整个人类世界将是比工业革命更能推动社会进步的又一次科技革命。

目前,EAST上的核心技术有200多项、专利近两千项,汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一炉。总功率达34兆瓦,相当于约6.8万台家用微波炉一起加热。为了让1亿摄氏度与零下269摄氏度共存,要用地表大气压约一千亿分之一强度的“超高真空”隔热。

为支撑这个复杂极端系统,EAST上近百万个零部件协同工作。据悉,下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计。根据中国磁约束核聚变路线图,未来瞄准建设世界首个聚变示范电站。


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