“人造太阳”离我们还有多远?
据估算,太阳每秒释放的能量可供全人类使用约70万年。模拟太阳产生取之不尽的清洁能源也因此成为“人类的终极梦想”。 “人造太阳”梦想为何难以实现?目前全球和中国的研发“进度条”到了哪里?在自然界中,核聚变并不是一种“外星”现象。太阳就像一个巨大的热核聚变反应装置,无时无刻不在进行聚变反应——氢原子核不断与氦原子核碰撞聚变,释放出巨大的能量,从而将能量输送到地球。然而,地球并没有像太阳那样能够维持核聚变的高温高压大气层。建设“天”的首要问题是创造融合所需的恶劣环境。理论上,氘和氚等离子体需要加热到1亿摄氏度以上,大约需要6到7小时。是太阳核心的温度,以克服原子核之间的库仑斥力并实现持续聚变。受控核聚变涉及等离子体物理、核工程、核科学等领域的难题。它是人类所设想的最复杂的能源系统之一。如今,全球聚变能源研发已进入多路径并行、快速迭代的新阶段。主要技术路线可分为磁约束和惯性约束两大类。磁约束利用强磁场将高温等离子体稳定约束在真空容器内,实现长时间连续反应。托卡马克和仿星器是主要的装置类型;惯性约束使用高能激光或粒子束在很短的时间内压缩和加热目标燃料颗粒以达到聚变条件。目前,世界上有许多大型托卡马克实验装置可以在短时间内达到聚变反应所需的苛刻条件。然而,如何进一步提高聚变功率的可用性、提高约束性能和等离子体稳定性、维持长期燃烧并获得净能量输出仍然面临着巨大的科学和工程挑战。国际热核实验反应堆(ITER)是目前世界上最大的科学研究项目。它承载着人类和平利用聚变能的美好愿望。它是由许多国家共同建造的。该项目将于2020年开始会议,一旦成功,将证明磁约束聚变科学与工程技术的可行性,为2040年至2050年示范电站奠定基础。近日,世界聚变能源集团第二届部长级会议和国际原子能机构第30届聚变能会议在中国召开。在本次大会上,国际国际原子能机构聚变能研究与培训中心在成都揭牌,标志着我国在聚变能领域国际地位和影响力的重大飞跃。中国是世界上少数拥有完整核工业体系的国家之一。在受控核聚变领域,形成了以国家基础科技基础设施为主导、产学研共同组织的创新体系。例如,2025年“中国环流3号”首次实现核温度和电子温度突破1亿摄氏度,标志着我国可控核聚变技术取得重大突破;全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)在安徽合肥刷新世界纪录,首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”;杜瓦瓶的底座,c 的第一个主要组件紧凑型聚变能实验装置(最佳)主机,成功安装,标志着该工程主体建设进入瓦工阶段……中核集团科技负责人黄梅表示,中核集团目前正在按照“实验堆-示范堆-商业堆”的方式进行聚变堆研发。预计2027年左右进行等离子燃烧实验,待相关技术成熟后开始中试反应堆建设。在这一阶段展示聚变能量输出后,商业反应堆的建设将开始。未来,一旦人们成功点燃受控聚变“火炬”,其影响将超越技术突破本身,引发全球性、系统性的深刻变革。作为理论上取之不尽、用之不竭的终极清洁能源,聚变能将从根本上打破人类对能源的依赖关于化石燃料;也将带来集群在超导材料、人工智能控制等切削领域的进展。 (据新华社)(作者:宋晨·李力克)
(编辑:何鑫)
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