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中国人造太阳将于今年建成 人类未来的终极能源?

来源:广东科技报  作者:本报综合报道 发表时间:2019-05-24 15:48
中国人造太阳将于今年建成
人类未来的终极能源?
本报综合报道

      近日,据中国核工业集团有限公司消息,中国人造太阳环流器二号M装置将于今年建成,有望将电流从我国现有装置的1?#35013;?#22521;提高到3?#35013;?#22521;。人们发现,人造太阳的外形神似《流浪地球》行星发动机,的确如此,因为它们的原理都来源于同一个——核聚变。

      海洋面积约占地球总面积的七成,如果能完全利用起来,未来人类资源缺乏问题就可能得到解决,据悉,一升海水里提取的氘,在完全的聚变?#20174;?#20013;可释放相当于燃烧300升汽油的能量,这是可供人类使用上百亿年的未来终极能源。攻坚此项研究的中国科学家坚信:“如果将来有一盏灯会被聚变之能点亮,我相信这盏灯一定、也必须在中国!”

“人造太阳”计划早已启动

       “国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,ITER计划倡议始于1985年,并于1988年开?#38469;?#39564;堆的研究设计工作。ITER装置是一个能产生大规模核聚变?#20174;?#30340;超导托克马克,俗称“人造太阳”。2006年5月,经国务院批准,中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印?#21462;?#26085;本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定。这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家,覆盖的人口接近全球一半。我国参加ITER计划是基于能源长远的基本需求。

      ITER计划是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。该计划将集成当今国际上受控磁约束核聚变的主要科学和技术成果,首次建造可实现大规模聚变?#20174;?#30340;聚变实验堆,将研究解决大量技术难题,是人类受控核聚变研究走向实用的关键一步,因此备受各国政府与科技界的高度重视和支持。

      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。与不可再生能源和常规清洁能源不同,聚变能具有资源无限,不污染环?#24120;?#19981;产生高放射?#38498;?#24223;料等?#35834;悖?#26159;人类未来能源的主导形式之一,也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可?#20013;?#21457;展的重要途径之一。

装“太阳”的容器:托克马克装置

      在高能物理中,“托卡马克”是一个响亮的名字,在核聚变?#20174;?#20013;,它是一个巨大的装置,更是一个充满智慧的伟大发明。托克马克装置是一种利用环?#26410;?#22330;的约束技术,用以实?#36136;?#25511;核聚变的装置。

      参与核聚变?#20174;?#30340;粒子,裸核和电子都是带电粒子,这些粒子混杂在一起,就如同太阳内的物质状态那样,呈现高温的等离子状态。太阳之所以能释放巨大能量,就是依靠核聚变?#20174;Γ?#23427;的核心温度可达1500 万摄氏度,加上自身的巨大引力所产生的高压,使得核?#20174;Τ中?#21457;生。

      然而,人工核聚变?#20174;?#19981;可能有如?#21496;?#22823;的压力,只能靠超高温产生人工核聚变,温度要求达到上亿摄氏?#21462;?#21442;与核聚变?#20174;?#30340;等离子体温度高达4.4 亿摄氏度,它们没有定形、没有边界,如果不加约束必将四散逃逸,所以,仅考虑用什么容器“盛装?#26412;?#26159;个难题。

      然而,什么样的容器能耐受高达4.4 亿摄氏度的高温呢?有人想出了一个绝妙的办法,就是利用磁场来约束它们,也就是用磁场作为无形的“容器”去“盛装”它们,这是一个绝顶聪明的发明。

      1968 年8 月4 日,在新西伯利亚市召开的第三届全俄等离子体和核科学应用大会上,来自莫斯科科查托夫研究所的高能物理学家阿奇莫维奇,向大会宣布了他们的研究成果——T-3 托卡马克装置。紧接着,他们的托卡马克T-4 型装置?#36136;?#39564;成功。这是受控核聚变研究的又一重大突破,这一系列成功开创了世界范围内的核聚变?#20174;?#30740;究,并在国际上掀起了一股托卡马克热潮。紧随其后,美法英德各国的研究所都先后建成了实现核聚变的托卡马克装置。20 世纪90 年代,中国开始研究托卡马克T-7 型,1995年开始研制新型的HT-7,其中的“H”表示合肥的第一个字头,以示其为与T-7U 不同的全新型托卡马克。

      托卡马克试验装置证明了以这种方式实现核聚变?#20174;?#26159;可行的。但它的“磁容器”是?#26376;?#20914;方式实现的,试验只能?#20013;?#25968;秒的时间而不能连续运?#26657;?#22240;此影响了这一装置的实用性发展。

      到了21 世纪,托卡马克有了重大的发展。超?#25216;际?#30340;引入使磁约束磁场线圈能以?#20013;?#31283;态方式工作,托卡马克更名为“伊斯特”(EAST),它是“实验型先进超导托卡马克”(experimental advanced superconductingTokamark)英文字头的缩读。现在世界上仅有俄、日、法、中四国拥有超导托卡马克。2006 年9 月28 日,中国自主设计并建成了新一代“伊斯特”全超?#38469;?#25511;热核聚变装置,并成功投入试验运行。

      到现在为止,托卡马克已经实现?#21496;?#21464;?#20174;?#25152;要求的超强电流、超强磁场、超低温与超导?#20154;?#26377;条件。这个装置可谓十八般武艺样样俱全,它有望实现人类新能源的核聚变工程,并为高能物理研究做出重大贡献。

      我国核聚变能研究开始于60年代初,尽管经历了长时间非常困难的环?#24120;?#20294;始终能坚持稳定、逐步的发展,建成了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?#23454;?#31163;子体物理研究所(ASIPP)。

      核工业西南物理研究院许敏研究员介绍,人造太阳就是我们科学家在地球上创造的一个类似于太阳芯部的核聚变的环?#24120;?#20351;得核聚变能够释放出来。很显然,如果我们能够在地球上实现核聚变能源的利用,那么就意味着我们一劳永逸解决了人类生存的根本问题——能源缺乏问题。

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