近期,中国可控核聚变研究频频报道。 继4月12日中国全超导托卡马克(EAST)实现403秒稳态高约束模式等离子体运行后,8月25日,新一代人造太阳“中国陀螺三号”首次实现100万安培等离子体运行电流下的时间高约束模式操作。 高约束模式、403秒、100万安培……这些关键技术难题的突破,标志着我国核聚变研究向“聚变点火”又迈出了重要一步,也意味着人类获取无限清洁能源的梦想正在步入正轨。现实 。
能源问题一直是制约人类社会发展的主要瓶颈之一。 如今,全球82%的能源消耗来自化石燃料,由此产生的温室气体排放也为全球变暖埋下伏笔。 另一方面,现有核电站虽然不产生温室气体,但核裂变反应可能会造成严重的核污染。 1986年,切尔诺贝利核电站事故污染了4000多平方公里土地,4000多人死于核辐射引起的癌症和其他疾病。 目前,日本正在排放的核污染水预计在1200天内将覆盖整个北太平洋。 核污染的危害是触目惊心的。 因此,废除核电的呼声不绝于耳。
能源问题是人类的祸根,寻找清洁、丰富的能源已成为各国追求的目标。 可控核聚变被誉为清洁能源领域的“圣杯”,因而被寄予无限期待。 与核裂变反应不同,核聚变反应没有放射性,自然不会产生核污染。 而且,核聚变原料之一的氘在海洋中极为丰富,每升海水含有0.03克氘,在核聚变反应中产生的能量相当于燃烧300升汽油。 据说,一旦可控核聚变技术取得突破,地球海洋中的氘可供人类使用100亿年。 届时,人类将彻底解决能源问题。
梦想是崇高的,但道路是曲折的。 实现可控核聚变的条件极其苛刻:一是需要创造1亿摄氏度以上的高温环境,克服原子核之间的斥力; 第二,保持足够的密度,以便原子核之间能够发生充分的碰撞; 最后,必须确保足够长的能量限制时间,以避免高温等离子体中能量的快速损失。 20世纪50年代,这三个条件被英国物理学家劳森总结为著名的“劳森准则”。 根据劳森准则,只有当温度、密度和约束时间三个参数的乘积大于一定值时,核聚变的能量输出才能大于能量损失,核聚变反应才能持续进行。而稳定,即可以成功实现“融合”。 点火”。
如今,我国可控核聚变装置已经能够实现1.5亿℃运行,满足第一个条件不成问题。 对于后两种情况,科学家们发现等离子体的密度和能量约束时间与等离子体的电流正好成正比。 也就是说,等离子体的电流越高,后两个参数的乘积就越高。 经过计算,100万安培是实现“聚变点火”的必要条件。 因此,可以毫不夸张地说,中国在这一关键技术领域的突破是人类可控核聚变发展的重要里程碑。
但我们也应该看到,前面的路还很长。 “聚变点火”的最终实现需要全人类的智慧和努力。 2006年,中国加入“国际热核实验堆(ITER)计划”,成为理事会“七方”成员之一。 ITER旨在建造反应堆级核聚变装置,验证和平利用聚变能的技术可行性。 据称,正在建设的ITER热核聚变实验堆是目前世界上最大、最复杂的磁约束核聚变装置。 该装置已于2020年安装完毕,计划2025年首次“点火”,2035年开始核聚变实验。中国承担了ITER建设中约9%的任务,并已顺利完成其核心部件“热负荷增强第一墙”首次制造,为ITER顺利实施贡献“中国智慧”。 值得一提的是,“中国环流3号”在实现技术突破的同时,也验证了ITER高约束运行模式的可行性。
核聚变行业曾经流传着一个“50年魔咒”,即人类永远距离利用核聚变能还有“50年”。 但现在,随着人类对核聚变技术的认识越来越全面,一个又一个的技术难点正在被攻克。 特别是ITER建设的有序推进,使得可控核聚变的商业应用时间表逐渐清晰。 中核集团核聚变堆技术领域首席专家段旭如曾向外界预测,到2050年左右,人类可能真正利用核聚变能。 由此看来,人类正在摆脱“50年魔咒”,无限清洁能源的梦想有望在不久的将来成为现实。 而中国正在为实现这一伟大梦想按下“加速键”。
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