“人造太阳”即将成功?中国研究院发出喜讯:完成首件制造
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也许,人们已经快要找到能源问题的解决之道。
2020底,在全球新能源增长的局势下,不少人开始对能源问题有了积极心态,可2021年底,全球居然再次爆发能源危机。
随着局势的僵化,2022年初国际石油、煤炭价格暴涨,3月布伦特原油、WTI原油价格突破130美元/桶。
甚至国际煤炭价格在四个月内暴涨将近300%。
能源的问题,令各行各行生产成本增加,国际形势再次“变天”,不少国家遭受重击,一切都指向人们常说的一句话——能源是人类发展的基石。
在此情况下,中国在解决能源问题上,率先找到了突破口,取得了多项重大成果。
要说起这一点,不得不提的便是“种太阳”工程。
什么是“种太阳”?
太阳一直都在进行核聚变反应,在这个过程中所释放的能量,提供了万物生长所需要的“光”和“热”。
而支撑太阳产生核聚变反应的“氘”,足够人类利用上百一年。
这便成了科学家们攻破能源问题的关键,人们开始利用核聚变研究装置,试图人工制造出可持续利用的清洁能源。
因该装置的原理与太阳相似,人们给该装置起名“人造太阳”,科学家们的种太阳之路正式开始。
而“人造太阳”的真名叫做“EAST”。
是英文名“Experimental Advanced Superconducting Tokamak”的缩写。
中文名“先进实验超导托卡马克”,又名“东方超环”。
简单来说,“人造太阳”其实就是“托卡马克”装置,是一种由人类控制,模拟太阳的运行所制造出来的核聚变研究装置。
为什么要“种太阳”?
中国物理学家李建刚在提到“人工太阳”的价值时,说过这样几件事。
首先是原料更充足,人工可控核聚变的原料,是海水中的氘和氚,氘和氚在结合的过程中可以放出巨大能量,这便是核聚变的原理。
而氘和氚储量充足,倘若能够利用,能让人类利用至少上百亿年,几乎可以说,资源是无限的。
更形象的比喻是——“一杯水能产生的氘和氚,约等于300公斤汽油”。
其次是更加“清洁”,聚变的产物只有能源中子和氦气,不会对环境造成污染,而且实验也会更加安全。
最后是能源会趋于“无限”。
李建刚教授曾坦言,未来的能源20%是可再生能源,但最大规模的能源一定是靠核聚变来维持的。
“人造太阳”怎么造?
“人造太阳”的好处不胜枚举,除了无限性,更清洁,对人类无害之外,还包括投入更少,更高效等等。
但是,这一操作如何实现呢?
想让“人造太阳”成为现实,不得不满足三个条件:
1、温度必须保持在1亿度以上;
2、能将其约束在有限的空间之内;
3、密度要足够高,这样原子核碰撞的概率才会提升。
一团一亿度的火球,无论放在任何容器里,都很容易顷刻之间让容器化为粉末。
于是科学家想要另寻突破口,既然放不到容器里,那么便借助磁力让它实现真正的“悬浮”,这样不与容器接触,就可以继续加热控制。
这便有了托卡马克装置。
20世纪50年代,苏联科学家阿齐莫齐等人借助“磁”、“线圈”等,制造出了螺旋形磁场,可以将其中的等离子体加热到很高的温度,从而实现可控核聚变反应。
1984年,我国制造出了当时国内最大的托卡马克受控核聚变装置,命名为HL-1。并在之后调试完毕开始物理实验。
在新一轮研究中,HL-1所产生的环流等离子体平衡、稳定,各个数据符合当时的设计要求,等离子体的持续时间长达1.04S。
可以说,HL-1装置的完成,为中国研究可受控的核聚变反应提供了重要实验平台,这是研究可控核聚变反应的一个里程碑。
包括之后经过优化的HL-1M,也协助科学家们突破了多项研究的瓶颈。
而中国的可控核聚变研究走向国际化,是从2006年开始,当时,数国都在进行可控核聚变研究,为了整合资源,令效率最大化,中国与美国、俄罗斯、欧盟等过一同签署了全球最大的“人造太阳”计划,又名“国际热合聚变实验堆(ITER)计划”。
该计划单单是建造就需要十年,以及五十亿美元的支持,并且设备上需要大约100万个部分和1000万个零件。
各国分工后,开始各自准备,中国的突破口由此拉开。
中国的阶段性突破
中国的可控核聚变反应已经研究数年,可在加入ITER计划之前,国际上对中国的研究并不看好,甚至有的国家想将中国踢出ITER计划。
然而,中国的次次“发力”,证明了自己的实力,成为了不可被忽视的存在。
2020年12月4日,中国环流器二号(HL-2M)在程度建成并实现首次放电,这无疑证明了中国有能力掌握、建造、设计大型托卡马克装置。
据悉,我国自主设计研制的“东方超环”实现了1亿摄氏度运行,哪怕运行仅仅10秒,也是重大突破。
从此,随着技术的不断完善,我国在国际主流核聚变会议上,逐渐拿到了主导位置,越来越多的学着开始在国际会议上发言。
而如今,中国又有了新进展。
2022年11月22日,中核集团核工业西南物理研究院发出喜讯,全球最大“人造太阳”核心部件研制取得了重大进展——增强热负荷第一壁完成了首件制造。
首件的成功制造,无疑推动了ITER的进一步发展,这意味着中国率先突破关键技术,实现了核心技术的持续领跑。
虽然如今的“人工太阳”仍旧是计划阶段,并且有专家称2045年才有可能将计划变成现实。
但是相信用不了多久,中国的“太阳”会冉冉升起,EAST会“悬挂”在我国上方,在ITER计划中,我们也将逐步彰显实力。
中国的不断进行一次次证明了科技上的领先,率先造出世界终极能源不再是幻想。