2021年12月30日,中國“人造太陽”EAST,成功實現了1056秒的長脈沖高參數等離子體運行,打破了由自己保持的世界紀錄,這必将在國際科學界引起不小的反響。EAST為什麼被稱為“人造太陽”?它有着怎樣的運行機理?又為何被認為是完美的“終極能源”呢?
EAST裝置
“萬物生長靠太陽”,太陽為地球提供了最多、最清潔的能源。而所謂“人造太陽”,并不是字面意義上的真的制造一個太陽把它懸挂在空中,而是核聚變反應裝置的一種更為通俗的說法。之所以這樣命名,是因為EAST根據核聚變原理,使氘原子氚原子撞擊結合産生巨大的能量,從而像太陽一樣為人類提供源源不斷的清潔能源。
所以為什麼要耗費巨大的人力和财力來制造這樣一個“人造太陽”呢?這有着多方面的考慮。首先,随着近幾百年來工業的迅猛發展,煤、石油等能源逐漸枯竭,在可預見的未來很難滿足人們對于能源的需求,全球能源危機日益嚴峻,人類急需開發各種可再生的新能源。其次,近年來全球環境問題加劇,全球氣候變暖、臭氧層破壞、酸雨增多,而傳統能源燃燒産生的二氧化碳、二氧化硫等是造成這些問題的重要原因之一。這就驅使着人類尋找更多的清潔能源。
而被稱為終極能源的“人造太陽”,可以很好地解決以上這些問題。首先,它所需要的核聚變反應的原料大量地存在于占地球面積70%的海水之中,可謂極為豐富。根據科學家的推算,在技術成熟的條件下,僅以海水為原料進行核聚變反應,就足以滿足人類上百億年的能源需求,完全不用擔心能源枯竭的問題。
另外,它是一種新時代的清潔能源。核聚變反應不會産生很多的有害物質,其主要産物氦是空氣的主要成分之一,不會産生污染。如果人造太陽取得成功,人類将有希望獲得取之不盡、用之不竭的清潔能源,滿足更多代人類的能源需求,這也是它被稱為“終極能源”的原因。
中國在“人造太陽”的建設與研究方面不斷做出自己的貢獻。中國積極參與“國際熱核聚變實驗堆”計劃(ITER)的建設。我國于2006年簽署了國際協定,正式參與到ITER建設當中,和其他六個國家一起共同探索“人造太陽”的建設之路。
EAST是目前世界上最先進的核聚變實驗裝置之一
在建設過程中,中國主要承擔采購包研發任務,其中涵蓋了裝置大部分的關鍵部件;我國科研團隊發展出60多項關鍵技術,不僅填補了多項國内空白,還制造出一個個承載人造太陽的“超級材料”;此外,我國在這個過程中逐步建成了兩個發展中國家最大的大型現代化專業研究所,并與多個國家展開合作,十幾年來為人造太陽的發展做出了自己的貢獻。尤其是今年年底我國EAST首次實現四位數的長脈沖高參數等離子體運行,再次挑戰了由自己保持的世界托馬克記錄,推動“人造太陽”項目向前邁進了一大步。
當前,“人造太陽”項目仍然在不斷完善與發展的過程中,要想真正投入生産生活實踐,用人造太陽來發電,還有着太多的難點需要克服。人造太陽的點火時間也一再推遲,目前最新确定的點火時間是2025年,這已經比最初的計劃晚了五年左右,足以見其困難程度。
當前,人造太陽項目所面臨的主要問題有:如何把等離子體加熱到上億攝氏度,如何研制出更多承載人造太陽的“超級材料”,如何繼續延長放電脈沖時間,以及如何使其具有可控性。隻有在這些問題上得到進一步的突破性進展,才能真正實現人造太陽的建設目标。所以ITER參與國家和全人類必須要共同努力,在自己力所能及的範圍内為全球能源問題的解決做出自己的貢獻。
我國最近所取得的重大突破,不僅僅意味着創造了新的世界紀錄,而且标志着我們向人類能源的終極夢想又邁進了一大步。在認識核聚變、利用核聚變的道路上,中國一直在不斷前行。雖然要想真正實現利用人造太陽發電的目标,可能還需要幾十年甚至更長的時間,但我們刻苦攻難、自立自強、守正創新,必将最終掌控着“終極能源”,讓它更好地為我們服務。正如中國工程院院士李建剛所說:“在我的有生之年,一定有一盞燈能被聚變之能點亮。這一盞燈,一定要,也隻能在中國。”
參考資料:
[1] 時遷.“人造太陽”永不枯竭的清潔能源.2019-01-10
[2] 人造太陽:中國走在世界前列.今日科技.2020-08-20
[3] 人造太陽“中國聚變夢”需分三個階段走.今日科技.2019-02-25
作者:鄭欣 校稿:李子
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