全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)。新華社發(fā)
第122254次實(shí)驗(yàn)!4月12日21時(shí),中國(guó)有“人造太陽(yáng)”之稱(chēng)的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄,成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒,對(duì)探索未來(lái)的聚變堆前沿物理問(wèn)題,提升核聚變能源經(jīng)濟(jì)性、可行性,加快實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電具有重要意義。
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這次突破意義在于“高約束模式”
“一團(tuán)耀眼的白光從山脈盡頭升起……”在科幻小說(shuō)《三體》中,太空飛船核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的光芒如同太陽(yáng)。利用核聚變等技術(shù),人類(lèi)走出地球家園,成為真正的太空文明。
萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)。太陽(yáng)之所以能發(fā)光發(fā)熱,是因?yàn)閮?nèi)部的核聚變反應(yīng)。核聚變能源的原材料在地球上極其豐富,且排放無(wú)污染,如果能造一個(gè)“太陽(yáng)”來(lái)發(fā)電,人類(lèi)有望實(shí)現(xiàn)能源自由。
但要造出能實(shí)用的“人造太陽(yáng)”,需要上億攝氏度的等離子體、超過(guò)千秒的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和1兆安的等離子體電流,挑戰(zhàn)極大。為此,全球科學(xué)家們已努力70多年。
形如“巨爐”,一腔“熱火”胸中涌。EAST作為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,擁有類(lèi)似太陽(yáng)的核聚變反應(yīng)機(jī)制。
4月12日晚,經(jīng)過(guò)十幾年聚力攻關(guān),EAST成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒,刷新2017年的101秒世界紀(jì)錄,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)一片歡騰。
“Shot:122254。”EAST控制大廳屏幕上的數(shù)字顯示,這是歷經(jīng)十二萬(wàn)多次實(shí)驗(yàn)取得的成功。
“這次突破的主要意義在于‘高約束模式’。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤說(shuō),高約束模式下粒子的溫度、密度都大幅度提升,“這為提升未來(lái)聚變電站的發(fā)電效率,降低成本奠定了堅(jiān)實(shí)物理基礎(chǔ)。”
EAST裝置有核心技術(shù)200多項(xiàng)
據(jù)悉,EAST裝置上有核心技術(shù)200多項(xiàng)、專(zhuān)利2000余項(xiàng),匯聚“超高溫”“超低溫”“超高真空”“超強(qiáng)磁場(chǎng)”“超大電流”等尖端技術(shù)于一爐,共有上百萬(wàn)個(gè)零部件協(xié)同工作。這次成功突破,離不開(kāi)等離子體控制、加熱、壁處理、先進(jìn)診斷等技術(shù)提升和內(nèi)真空室改善。
EAST裝置的重大創(chuàng)新成果,不僅為國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER等項(xiàng)目的運(yùn)行提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),也為我國(guó)自主建設(shè)運(yùn)行聚變堆提供了有力的支持。聚變堆是未來(lái)清潔能源的重要組成部分,通過(guò)高溫等離子體核聚變反應(yīng)獲得能量,不僅無(wú)污染且能量密度極大。而中國(guó)自主研發(fā)的“中國(guó)超導(dǎo)托卡馬克裝置”也將在未來(lái)完成第一階段測(cè)試,此次EAST裝置的成果為其提供了有力的技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)借鑒。
該成果的取得,不僅突顯了中國(guó)在熱核聚變領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力和研發(fā)能力,也為全球能源領(lǐng)域的發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力。未來(lái),EAST裝置將繼續(xù)加強(qiáng)研究和開(kāi)發(fā),為全球清潔能源的發(fā)展添磚加瓦,為人類(lèi)持續(xù)發(fā)展提供更可靠、更清潔的能源選擇。
為什么要研究“人造太陽(yáng)”?
目前,地球上使用的能源有80%來(lái)自煤炭、石油和天然氣這類(lèi)化石能源。但是化石能源是不可再生的,它在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)將會(huì)消耗殆盡,人類(lèi)必須盡快找到更加持續(xù)、穩(wěn)定和清潔的新能源。
如果可以建造“人造太陽(yáng)”一類(lèi)裝置,實(shí)現(xiàn)像太陽(yáng)一樣的連續(xù)核聚變反應(yīng),我們便可以得到持續(xù)的能量產(chǎn)出,人類(lèi)的能源困局和環(huán)境危機(jī)便會(huì)迎刃而解,因?yàn)椤叭嗽焯?yáng)”具有三大優(yōu)勢(shì)。
首先,原料儲(chǔ)量巨大。相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)且期望被率先實(shí)現(xiàn)的是氘-氚聚變反應(yīng)。其中氘原料存在于海水中,地球上海洋面積遼闊,其中蘊(yùn)藏了約45萬(wàn)億噸的氘原料。一瓶礦泉水中的海水可提取約0.015克的氘,后者產(chǎn)生的聚變能相當(dāng)于150升汽油,能讓一輛汽車(chē)從北京跑到廣州。
其次,氘-氚聚變反應(yīng)的最終產(chǎn)物是氦和攜帶大量能量的中子,不會(huì)造成任何污染,對(duì)環(huán)境是友好的。
最后,核聚變反應(yīng)具有本征安全特性,在極端失控條件下,它會(huì)在短時(shí)間內(nèi)自行終止反應(yīng),安全可靠。綜合新華社電
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