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無限能源時代來臨?讓我們一起“種太陽”!

2020 年 3 月 15 日 寰球科学园

“我有一個美麗的願望 長大以後能播種太陽”,相信大家都聽過這首兒歌。經過中國科學家的努力,我國有望在2020年真正的“播種”太陽。當然了,“人造太陽”不是真的制造出一個太陽,更不會像太陽一樣挂在天上!

“人造太陽”本質上是一個熱核聚變實驗堆,因爲和太陽産生能量的原理相似, 所以才被稱爲“人造太陽”。“人造太陽”是利用氘和氚,在高溫條件下,使其像太陽一樣發生核聚變(可控),産生核聚變能,從而爲人類提供清潔能源。

無限能源時代來臨?讓我們一起“種太陽”!

我們都知道,地球上的能源越用越少,當初課本上學過的,地球能源緊張,總有一天會用盡,你還記得吧?

所以,現在我們要節約用水、節約用電,要開發新能源。

“人造太陽”計劃,就是爲了解決能源問題出現的。

世界上有三十多個國家參與“人造太陽”計劃

人造太陽,官方稱“國際熱核聚變實驗堆計劃”,簡稱:ITER計劃。

ITER計劃又是什麽呢?

1985年,前蘇聯領導人戈爾巴喬夫和當時的美國總統裏根,在日內瓦峰會上倡議:由美、蘇、歐、日共同啓動“國際熱核聚變實驗堆(ITER)”計劃。

2001年,完成了ITER裝置的工程設計及主要部件的研制。

2006年,中、美、日、俄、韓、印以及歐盟,草簽了建設ITER的國際協定。

三十多個國家共同參與的ITER計劃,是目前世界上最大的科學合作工程。

這個ITER計劃的具體內容是啥呢?

就是把上億度的、由氘氚組成的高溫等離子體,放到一個容器裏,通過磁力,將其約束在837立方米的"磁籠"中,需要産生50萬千瓦的聚變功率,持續500秒,從而實現受控的核聚變。

最終目的就是,將來把可控的核聚變能用于能源中,爲人類提供清潔能源。

什麽樣的容器才能放的了上億度的等離子體呢?

這個裝置就是超導托卡馬克,有真空絕熱的功能。

無限能源時代來臨?讓我們一起“種太陽”!

世界版的大“人造太陽”說完了,接下來就說說我們國家的“人造太陽”。

中國有兩個“人造太陽”裝置,一個在合肥,一個在成都。位于成都的名爲中國環流器二號M(HL-2M)裝置,由中核集團核工業西南物理研究院承建。

作爲ITER計劃中有分量的一份子,我們國家也在研制自己的“人造太陽”。我國政府于2006年簽署了ITER協議,並承擔了9%的研發任務,基本覆蓋了ITER核心部件的研發,而工業西南物理研究院承擔了其中涉核部件研發。它也成爲了成都融入參與國際科技合作的一個“縮影”。

之前新聞中說的“人造太陽實現1億度運行“,指的是我國中科院合肥等離子體物理研究所研制的、全超導托卡馬克(EAST)東方超環的等離子體中心電子溫度達到了1億度。

EAST,是世界首個全超導核聚變實驗裝置,也是世界首個實現穩態高約束模運行、持續時間達到分鍾量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。

2017年11月25日-29日,首屆中國磁約束聚變能大會暨聚變能活動周在四川樂山舉行。據報道我國新一代的可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”目前建設順利,預計2020年投入運行,開展相關科學實驗。

“中國環流器二號M”就位于成都,由中核集團核工業西南物理研究院承建,是開展聚變堆核心技術研究的關鍵平台。該裝置以氫、氘氣體爲“燃料”,通過把它們注入裝置並擊穿、“打碎”産生近堆芯級別的等離子體,來模擬核聚變反應。

無限能源時代來臨?讓我們一起“種太陽”!

與國內同類裝置相比,它不僅規模大,參數也高,這意味著在實驗過程中産生的現象更接近核聚變的真實反應,更有利于聚變堆核心技術研究。“中國環流器二號M”裝置采用了更先進的結構與控制方式,有望將等離子體電流從我國現有裝置的1兆安培提高到3兆安培,等離子體溫度將有望超過2億攝氏度——這將是太陽溫度的20倍。

“人造太陽”項目一旦實現商用化,人類將不必再擔心能源問題。在投入商業運行之後,只要往設備不斷輸入氘和氚,在裏面發生聚變反應,它就能源源不斷地釋放出能量,而氘可以從空氣中提取,氚可以從海水中提取,廉價而且數量豐富,可以給人類使用1億年。因此,設備也就永遠轉下去。

從世界上第一台托卡馬克建成到現在已經是60年了,可以說可控核聚變的研究才剛剛過半。爲了實現核聚變發電,爲人類社會謀求更大的福祉,現在和未來的科學家們還任重而道遠。

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