人造太陽(yáng)擁有可持續(xù)、清潔、安全等所有優(yōu)點(diǎn),因而被視為進(jìn)入第四次工業(yè)革命的最強(qiáng)大的基石之一。
中國(guó)科學(xué)院等離子體所11月12日發(fā)布消息,我國(guó)“人造太陽(yáng)”項(xiàng)目獲得重大突破,首次實(shí)現(xiàn)加熱功率超過(guò)10兆瓦,等離子體儲(chǔ)能增加到300千焦,在電子回旋與低雜波協(xié)同加熱下,等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度。
人造太陽(yáng)指的是全超導(dǎo)托卡馬克核聚變?cè)囼?yàn)裝置。中國(guó)的人造太陽(yáng)又稱為“東方超環(huán)”,是世界上第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克,也是中國(guó)第四代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。
太陽(yáng)的光和熱來(lái)源于氫原子核聚變反應(yīng)所釋放出的能量,東方超環(huán)是讓海水中大量存在的氘和氚在高溫條件下像太陽(yáng)一樣發(fā)生核聚變,為人類(lèi)提供源源不斷的清潔能源,因而被稱為人造太陽(yáng)。
盡管人造太陽(yáng)進(jìn)入生活可能還需數(shù)十年,但是,中國(guó)的人造太陽(yáng)在全球首次實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行。這既為國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆(ITER)和未來(lái)中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆(CFETR)的建設(shè)和運(yùn)行打下基礎(chǔ),也是熱核聚變?cè)囼?yàn)堆的一個(gè)里程碑。
人造太陽(yáng)的核心目標(biāo)是解決人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的能源問(wèn)題。與水電、風(fēng)電、核能等清潔能源相比,人造太陽(yáng)擁有可持續(xù)、清潔、安全等所有優(yōu)點(diǎn),因而被視為進(jìn)入第四次工業(yè)革命的最強(qiáng)大的基石之一。
人造太陽(yáng)是清潔能源的代表,既安全,又取之不盡。其與現(xiàn)有的核能(核電站)并非一回事,它們的區(qū)別在于,前者是利用核聚變,后者是利用原子核裂變反應(yīng)的能量來(lái)發(fā)電或作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng),如核動(dòng)力航母等。
但是,核電站的核能存在核廢料的處理、核輻射、核燃料鈾的開(kāi)采和提料難等問(wèn)題,安全問(wèn)題更是籠罩在人們心頭的陰影。
與之相比,人造太陽(yáng)的安全問(wèn)題可以控制,而且聚變產(chǎn)物沒(méi)有放射性。由于聚變反應(yīng)需要的條件比較高,一旦發(fā)生事故,造成反應(yīng)的等離子體約束破裂,聚變反應(yīng)便會(huì)終止。因此,聚變?nèi)剂系谋4孢\(yùn)輸、聚變電站的運(yùn)行都比較安全。
另外,聚變?cè)先≈槐M,其主要燃料就是海水中的氘和氚。一升海水提取的氘能產(chǎn)生的聚變能源相當(dāng)于300升汽油。
然而,要想讓人造太陽(yáng)的產(chǎn)能和供能成為現(xiàn)實(shí),必須有幾個(gè)條件。一是1億度以上的高溫,二是長(zhǎng)時(shí)間約束在有限的空間中,三是有足夠高的密度。在高密度條件下,當(dāng)?shù)入x子體溫度達(dá)到1億度以上,可使數(shù)目可觀的粒子具有足夠動(dòng)能克服原子核之間的斥力而實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng),從而產(chǎn)生可觀的聚變能。
現(xiàn)在,中國(guó)的人造太陽(yáng)已經(jīng)達(dá)到了等離子體溫度1億度以上,放電脈沖也延長(zhǎng)到100秒以上。但是,在溫度和時(shí)間上還需要向上億度、數(shù)千秒的目標(biāo)邁進(jìn),而且需要有可控性,才有可能實(shí)現(xiàn)人類(lèi)利用人造太陽(yáng)能的目標(biāo)。
此外,人造太陽(yáng)所進(jìn)行的核聚變研究還會(huì)帶來(lái)衍生和伴隨技術(shù),如超導(dǎo)磁體技術(shù)、大功率電源技術(shù)、超高真空技術(shù)、超低溫技術(shù)等。既給公眾和民生帶來(lái)福祉,也讓人類(lèi)進(jìn)入全新的時(shí)代。
張?zhí)锟保▽W(xué)者)
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