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“东方超环”再突破,我国可控核聚变研究到底有多强

2017-07-06 08:00 作者:何方论 发布者:admin

近日,中国科学院等离子研究所宣布,我国的超导托卡马克装置“东方超环(EAST)”在全球首次实现了百秒以上的稳态高约束运行模式(相当于稳定“燃烧”了上百秒)。这是一件足以写入人类历史的事情,“东方超环”今天的成就,标志着人类向掌握可控核聚变能的目标又迈进了一大步。DFw热点网

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早在上世纪三十年代,当科学家们发现聚变能后,他们就梦想着有一天人类能够使用上这种清洁,便宜,取之不尽用之不竭的超级能源。为此,科学家们进行了不懈的研究,然而,核聚变的特点让科学家们一次次陷入绝望,这个特点就是,可控核聚变要求的条件极为苛刻,核聚变需要达到上亿摄氏度以上的温度!这种温度,几乎相当于太阳中心的温度。人类几乎没有达到这种温度(原子弹不能持续维持高温,不算)的技术。DFw热点网

随着科技的发展,科学家们终于有了能够制造这种超高温的技术,如激光。但是,一个更加棘手的问题摆在了科学家的面前,如此之高的温度,能够让世间一切的材料化为灰烬。用什么样的装置才能够将上亿摄氏度的物质约束在一处,使其能够持续不断的产生能量,供人类利用呢?DFw热点网

科学家们立刻就想到了磁场这一宇宙神器!在上亿度的高温状态下,物质呈现等离子态,它们可以被磁场约束。当高温等离子体被约束住后,人们就可以持续地向这团等离子体中加入氚和氘,使其发生聚变,产生源源不断的聚变能。此时,人们只要将清除掉等离子体中聚变产生的废物(氦核),同时不断的补充氘和氚,便可以实现可控核聚变了!DFw热点网

所以,实现可控核聚变的关键,是设计出一款能够约束超高温等离子体的磁场装置!DFw热点网

明确了方向后,世界上的科学家们都迅速行动起来,一时间,直线箍缩装置,磁镜装置,仿星器装置,反向场箍装置,各式各样的磁场约束装置纷纷登场,但是令人失望地是,这些装置或者由于不能承受高温,或者耗能太大(能量输入大于能量输出),或者根本无法产生等离子体,都一一败下阵来。DFw热点网

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这里,不得不提的是,我国可控核聚变起步很早,几乎和原子弹研究同一时间开始。当世界各国科学家们纷纷寻找可控核聚变方案的时候,我国科学家们也同样在埋头研究。上述的各种磁场约束方案,我国科学家们几乎将其试了个遍。DFw热点网

这一时期,世界各国都在河里摸石头探索,虽然和其他国家一样,我国的可控核聚变技术这一时期没有取得技术突破,但是我国将能尝试的方案几乎都试了个遍,积累了大量的经验,同时也培养了大量的核聚变研究人才。我国在可控核聚变研究的起跑线上,并没有落后!DFw热点网

1968年,是人类可控核聚变研究史上及其重要的一年。这一年,苏联科学家阿尔齐莫维奇发布了托卡马克磁约束方案,人类第一次利用磁场约束住了超高温等离子体,让人们第一次看到可控核聚变的曙光。此后,科学家们便开始在托卡马克装置的研究上下苦功夫研究了。DFw热点网

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托卡马克装置DFw热点网

也是从这个时候起,我国就开始建造托卡马克装置。在1970年末,我国的HL-1托卡马克装置,也就是俗称的“中国环流器一号”正式立项,并在1984年完成装置工程联调,在1985年,中国环流器一号正式投入物理实验研究。DFw热点网

我国是托卡马克装置研究最早的国家之一,而且一开始就取得了不俗的成绩,在1986年日本举行的国际可控核聚变交流会议上,世界多国科学家都对我国核聚变取得的研究成果表示称赞。也就是说,从研究托卡马克装置开始,我国的可控核聚变研究就已经居于世界先进行列。DFw热点网

所谓托卡马克装置,英文为TOKAMAK,这是由俄语中的“环形”“真空”“磁”“线圈”四个单词的缩写构成的。即用水平和垂直的两个线圈构成真空磁场,约束等离子体的装置。DFw热点网

在托卡马克装置的研究上,我国虽然不是首创者,但是却是研究最深入最持久的国家。从“中国环流器一号”,到“中国环流器新一号”,再到“中国环流器二号”,我国对托卡马克装置的研究一直没有停止过。而且取得了不俗的成绩。DFw热点网

不过,早期的托卡马克装置研究不久,科学家们就遇到了瓶颈。DFw热点网

托卡马克装置越接近使实用,其磁场要求也就越大,但是磁场线圈的电阻限制了电流的加大。而即使加大电流,线圈电阻造成的能量损耗也会随之越大,使得能量几乎入不敷出。这个缺点几乎给托卡马克装置判了死刑。幸运的是,不久以后,一项新技术拯救了托卡马克装置,这就是超导技术。DFw热点网

超导技术很好的解决了磁场电阻造成能量损耗的问题,使得托卡马克装置迎来了第二春。DFw热点网

利用超导技术,世界上建成了一座超导托卡马克装置,另外还有三台半超导托卡马克装置。三台半超导托卡马克装置分别是法国的Tore-Supra,俄罗斯的T-15,日本的JT-60U。之所以是半超导装置,是因为这三台装置都只有水平线圈是超导的,而垂直线圈依然是常规线圈。这其中固然有成本的问题,但是技术问题还是主要原因。DFw热点网

而世界上唯一一台全超导托卡马克装置,则是本次新闻的主角,我国的东方超环(EAST)!东方超环不仅实现了水平线圈和垂直线圈都是超导线圈,而且其反应体的容积更大,并首次做成了非圆形的截面。这些细节方案都是中国原创,属于世界最先进的可控核聚变装置。DFw热点网

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东方超环(EAST)DFw热点网

东方超环(EAST)的意义,不仅仅是让我国可控核聚变技术于领先世界,更是标志着中国以成为了世界可控核聚变研究中的领导者。DFw热点网

1985年,前苏联,美国,日本和欧共体(欧盟前身)就提出了“国际热核聚变实验堆计划” (ITER),目的是建造一座可控核聚变反应堆,让人类首先能够在实验室内实现可控核聚变。当时,这个计划将中国排除在外,毕竟人家是超级大国,我国还处于改革开放初期,刚刚吃饱饭。可惜的是,这个计划由于前苏联垮台,欧美内讧,技术有限等原因最终流产。DFw热点网

2003年,这个计划再次各国谈起,我国以不断壮大的经济体量和领先世界的可控核聚变研究经验,成了首先加入这个计划的国家。此后,韩国和印度也加入了这个计划。东方超环(EAST)正是这个几乎的关键试验装置。DFw热点网

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国际热核聚变实验堆计划(ITER)虽然参与国众多,但我国的东方超环完全是依靠我国技术独立建造的。“东方超环”作为世界上第一个全超导非圆截面核聚变装置,挑战了人类在超高温(等离子体形成),超低温(超导维持),超大电流,超强磁场和超高真空(等离子体约束)技术方面的极限。完全没有参考技术,完全靠我国的科学家们潜心研究。DFw热点网

在我国东方超环成功启动后,我国就已经成为了国际可控核聚变研究的领导者。此后,中国超环不负众望,不断取得领先成果,一步步向可控核聚变迈进!DFw热点网

2015年,东方超环获得了超过400秒的2000万摄氏度高参数偏滤器等离子体,获得了稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电,这分别是国际上最长时间的高温偏滤器等离子体放点和最长时间的高约束等离子放电,标志着我国可控核聚变已经代表了国际可控核聚变研究的最高成就。DFw热点网

而几天前,“东方超环”在全球首次实现了百秒以上的稳态高约束运行模式,再次创造了人类可控核聚变研究的新高度。DFw热点网

未来,还有更多惊喜!DFw热点网

几十年如一日,我国可控核聚变研究从未落后,从未停滞,不断超越,已经走到了国际可控核聚变研究的最前沿。未来人类必将完全掌控可控核聚变,而最先掌握可控核聚变技术的国家必然是中国。DFw热点网

由于旧闻无法在近日头条发表,关于我国可控核聚变研究的历史,请关注作者微信公众号“国际核电的那些事”(ID:hedianguoji)阅读。DFw热点网

文章来源:何方论 责任编辑:何方论
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