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中国人造太阳全球领先!原料无限,这才是改变宇宙的终极能源科技

原标题:中国人造太阳全球领先!原料无限,这才是改变宇宙的终极能源科技

11月12日,中科院等离子体所发布消息称,我国的东方超环ESAT目前取得了多项重大的技术突破,包括加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦,等离子体中心电子温度达到1亿度等,这标志着中国的人造太阳已经取得了世界领先的地位。

众所周知,原子核在裂变和聚变的时候都能产生出巨大的能量,如太阳就是以核聚变的方式产生能量,并向太空当中释放光和热的巨大星体,其热能和光能散射到1.5亿千米外的地球,并为地球提供了存在的基础。

正是因为核能的巨大潜力,长期以来人类都希望将核能可控化。目前的核电站,就是以核裂变的形式产生能量,相比于传统的煤炭方式,核裂变电站能拥有巨大的优势。例如产生一百万千瓦的电能,需要消耗50万吨煤,但使用核燃料,只需要30吨。但对于核聚变,目前人类只能掌握氢弹这种不可控制的核聚变反应形式,如何将核聚变产生的巨大的能量利用起来,变成可控的,一直是人们追求的目标。因为核聚变的原料是无限的,只要掌握可控核聚变,人类就能掌握无限的能源。可控核聚变的基本过程是:利用氘和氚在高温高压环境下放出电子和中子,形成等离子体,然后两者的原子核重新结合成氦并在结合过程当中释放出巨大的能量。

将这一过程可控化,有几个基本的难点:1是提供高温高压环境形成氘氚等离子体;2是约束高温等离子体;3是获取和转化能量。

首先,高温是形成等离子体的先决条件,等离子体是指电子中子脱离原子核之后和原子核形成的一种离散的状态,是物质的第4种形态。但高压目前没有办法实现,能提供高温度就成了唯一的发展方向。这一温度通常都在亿度以上。

其次,是如何约束高温等离子体,可控核聚变中的等离子体处于上亿度的高温当中,因此只有让它悬浮起来不和容器接触才能实现可控,否则任何接触都会使容器融化。苏联人最早想到了磁悬浮的方式,依靠磁场来使等离子体悬浮在磁场环境当中。

理论上,约束的方式其实包括重力场约束,惯性约束和磁约束。重力场约束地球上很难实现,惯性约束是目前所有恒星的核聚变方式,但惯性约束中核聚变的反应时间太短,无法持续进行。只有磁约束最有可能实现并最有前途的。

苏联托卡马克-1

20世纪50年代,苏联莫斯科库尔恰托夫研究所创造出了托卡马克装置,即最早的磁场环流器。这种装置通过通电线圈提供磁场,让等离子体悬浮其中并完成核聚变。

这一装置成为了所有可控核聚变装置的奠基者。此后各国都发展了自己的托卡马克。如德国的ASDEX,欧洲的JET,日本的JT-60,美国普林斯顿的TFTR等。其中,美国的技术较为先进。

1995年,美国TFTR获得了中心温度5.1亿度的等离子体。并在核聚变中产生出了大量的能量,但是TFTR装置获得的能量还是小于提供高温时投入的能量,因此装置整体并不能达到低投入和高产出的设计目的,这也是目前大多数可控核聚变面对的问题。最终该装置也在1997年被拆解。

美国TFTR

而中国的可控核聚变研究开始于上世纪60年代初,中国最初获得了苏联的托卡马克装置。70年代,中国开始自己生产小型托卡马克。建设了CT-6,KT-5,HT-6B, HL-1,HT-6M等多个装置。

90年代,中国开始建设中型托卡马克。包括HL-1M,偏滤器位形的HL-2,HT-7等。

中国环流器二号HL-2A

而在大型装置上,目前最重要的就是刚刚取得重大实验突破的EAST东方超环。

东方超环的全称是大型非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。也是世界上第一个全超导可控核聚变装置。国际上大部分托卡马克的等离子体持续时间均在20s以下,欧盟和日本科学家曾获得最长为60s的等离子体。而EAST东方超环在此前就获得了411s的高温等离子体,但这还不是EAST的最终目标。

东方超环ESAT

EAST最终的目标就是实现中心温度1亿度以上,并将高温等离子体的存在维持至少持续1000秒。只有达到1000秒的持续反应,才能获得持续的能量。

目前,中心温度1亿度以上的目标已经实现了,而1000秒的持续反应还需要继续提高。当这一目标达成后,中国就将建设更大型的托卡马克,将投入与产出达到商业化水平,并最终实现商业化的可控核聚变。(利刃WZB)返回搜狐,查看更多

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