太陽爲地球帶來光和熱,這一切都源自於太陽內部無時無刻不進行着的熱核聚變反應。如果人類可以掌控驅動這種反應的技術,將意味着世世代代夢想中的無限清潔能源時代來臨!這就是位於歐洲的國際熱核聚變反應堆計劃(ITER),又稱人造太陽計劃。

人造太陽,旨在模擬真實太陽產能的核聚變反應的反應堆——先進的實驗型超導託卡馬克反應堆。ITER計劃即爲驗證核聚變反應堆系統的工程可行性而生。目前,ITER組織和中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯及美國等七個成員方共同推進該計劃實施。

要在地球上實現受控核聚變,不能像太陽一樣通過重力來約束高溫高密度的等離子體以滿足聚變反應條件,必須另闢蹊徑:如通過強磁場來約束。要利用磁約束實現可控聚變反應持續穩定運行,等離子體中的離子溫度須超過1億度、密度足夠高以及等離子體約束在一定空間的時間(能量約束時間)足夠長,這三者的乘積必須突破所謂的“勞遜判據”條件。

在建中的ITER是世界上最大的託卡馬克裝置(TOKAMAK),總重達23000噸,目標是把上億度、由氘氚組成的高溫等離子體約束在體積達約840立方米的“磁籠”中,以50MW(1MW=1000KW)的輸入功率產生500MW的聚變功率,重複持續燃燒時間達到500秒。

早在去年11月份,我國研究人員就宣佈中國“人造太陽(EAST)”核心等離子體溫度突破了一億攝氏度,這被外媒視爲可控核聚變技術的里程碑式成果,攻克了核聚變面臨的三大挑戰之一。

不過目前我國的人造太陽計劃又有了新的進展。據外媒報道,中國將在2019年內完成一座新“人造太陽”的建造,而新的反應堆將能夠創造新的溫度記錄,使我們距離無限能源更近一步。我國科學家也表示,將於2019年完成HL-2M託卡馬克核反應堆的建設,真正實現讓“人造太陽”從中國升起的宏偉目標。

中國在現有的託卡馬克裝置的核心等離子體已實現了超過一億攝氏度的電子溫度,並且達到了5000萬攝氏度的離子溫度。而新的HL-2m託卡馬克裝置所達到的溫度將穩定在太陽正常溫度的7倍左右,這對於未來核聚變技術的發展而言是至關重要且不可或缺的。

外面評價稱,如果中國的新“人造太陽”實現既定目標,將意味着爲未來核聚變的發展鋪平道路,無疑在尋找夢想中的無限能源道路上更近了一步。

由於聚變能實現商業化還有較長的路,核聚變常被戲稱爲是一項距離成功“永遠還有50年”、“永遠還有30年”的技術。不過,中核集團核工業西南物理研究院副院長段旭如認爲,ITER計劃能夠實施,前期的科學可行性問題已得到解決,核聚變研究得以繼續向驗證工程可行性的方向發展。近十幾年來,通過參加ITER計劃,中國的核聚變研究水平和能力有了很大提升。現在來看,到本世紀中葉實現聚變能的和平利用,還是很有可能的。

作者/朱張航宇

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