“人造太阳”前景可期(新知)

“人造太阳”前景可期(新知)

【现象】不久前,中科院合肥物质科学研究院有“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,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,将原来的1亿摄氏度运行20秒纪录延长5倍。新纪录进一步证明了核聚变能源的可行性,也是向核聚变能源应用迈出的重要一步。

【点评】

人们常说,万物生长靠太阳。在太阳内部无时无刻不在发生着核聚变,为大自然带来最普遍的能量来源。从上世纪50年代开始,人们就发现这种核聚变能具有很多优点,是人类未来理想的清洁能源之一。比如,它的原料储量极其丰富,因为其主要燃料是存在于海水之中的氘和氚。据估算,一升海水提取的氘能产生的聚变能源,相当于300升汽油完全燃烧释放的能量。另外,氘和氚反应的生成物是氦气,没有放射性,对环境无害。而且,一旦造成反应的等离子体熄灭,聚变反应就会终止,因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。

这么好的能源如何才能为人类所获取并利用?科学家们想到一个好办法,就是在地球上建造一套核聚变装置,像太阳一样发生核聚变反应,从而源源不断地产生能量。这种大科学装置俗称“人造太阳”。随后,利用这种装置产生核聚变能的科学可行性也得到了进一步验证。然而,要真正实现核聚变发电并不容易,据科研人员介绍,想实现聚变反应,首先温度要达到1亿摄氏度以上,使聚变燃料完全电离,并在保证等离子体密度的前提下,将高温等离子体维持相对足够长的时间,不泄露不逃逸,才可能释放出足够多的能量。为攻克这两大难关,几十年来,各国科学家一直在不断进行探索和实验。

由我国自主设计、自主建造的EAST,是目前地球上已建成并运行的“人造太阳”装置之一,装置主体高11米、直径8米、重达400吨,曾多次创造出等离子体运行的世界纪录。此次EAST实验刷新世界纪录,意味着人类让核聚变成为未来清洁新能源的努力,又向前迈出了重要一步。可控核聚变技术难度大,不仅考验着一个国家的物理研究水平,也考验着一个国家的综合实力,比如精加工零件技术、常温超导技术、高能粒子束技术等。近年来,中国在多个领域取得突破性进展,为我们的核聚变技术打下坚实基础,让中国成为可控核聚变研究的强国。此外,伴随着聚变研究衍生出一系列重要创新成果,推动了超导技术、低温技术、等离子体技术等多个产业技术板块的发展,实现了“一路摘瓜”。

“可控核聚变”如果能够实现,将彻底改写人类的能源版图。托卡马克核聚变实验装置被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效途径,是地球寻找聚变能源出路的希望。未来,如果能较长时间维持1亿摄氏度的高温,实现接近1000秒的放电时间,人类距离解决核聚变商业化应用的步伐将更进一步。每一秒的增长,在科学上都具有极高的难度,背后是科研人员夜以继日的攻关。我们期待,在世界各国科学家的共同努力下,核聚变可以早日为人类所掌握和利用,实现清洁能源的梦想,让“人造太阳”也能造福全人类。

《 人民日报 》( 2021年06月17日 05 版)

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