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“人造太阳”照亮你我未来丨稳定运行时长破纪录,中国的“人造太阳”何时走出实验室?

发布时间:2024-01-25 09:05:00来源: 央广网

  央广网北京1月24日消息(记者吕红桥)据中央广播电视总台经济之声《天下财经》报道,可控核聚变,俗称“人造太阳”,具有清洁、高效、无限供应等优势,被称为人类的“终极能源”。2023年以来,我国可控核聚变技术研究和相关产业生态搭建迎来多个里程碑式突破,“人造太阳”商业化大门正在开启。经济之声推出系列报道《“人造太阳”照亮你我未来》,24日推出:稳定运行时长破纪录,中国的“人造太阳”何时走出实验室?

  

  2023年,我国核聚变领域诞生一项新的世界纪录。EAST,也就是世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置,实现403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行,刷新了之前创造的纪录。对于很多人来说,专业术语并不好理解,但这样的纪录意味着,可控核聚变正一步步迈向商业化应用。

  我国的“人造太阳”究竟什么时候能走出实验室?简单地说,要满足两个条件。一是稳定运行的时间足够长,这样才能持续释放聚变能量。二是产出的能量大于消耗的能量,这样才有经济价值。中国科学院等离子体物理研究所副所长陆坤告诉记者,从稳定运行时长来看,目前还有很大提升空间。

  陆坤说:“大家追求的肯定是一整天,或者是很多天连续运行,但科学是一步一步往前走的,其实400余秒在国际上已经很领先了。但是我们的目标肯定不仅是400余秒,接下来我们要冲击1000秒,或者是更长的时间。”

  提升核聚变装置稳定运行时长的难点在哪?对于我国采取的磁约束路线来说,主要在于材料还不过关。核聚变需要上亿度的高温才能实现,地球上找不到能够承受这么高温度的材料。科研人员后来发现,用强磁场可以把高温等离子体束缚在一定的空间范围内,这就是磁约束。而EAST这样的托卡马克装置就是通过通电线圈产生强磁场,进而把高温等离子体约束在一个真空圆环内的聚变装置。陆坤说,尽管装置本身并不直接接触高温等离子体,但仍然容易损伤。

  陆坤表示:“参数越高,这些高能粒子肯定会逃逸。一些逃逸的高能粒子可能会打到一些部件上,如果时间长了,部件会有损伤。当然要基于材料的不断发展,还有我们运行控制能力的增强,包括从结构上看是否还有更优化的地方,能够让其承受更高的热负荷,在这几个方面要一起努力。”

  而从产出能量大于消耗能量的角度看,托卡马克装置内发生聚变反应要有功率巨大的辅助加热系统,这就要消耗能量。而聚变开始后,会产生能量,这两者的比值叫做Q值,也就是聚变增益。Q值大于1,代表产出能量大于消耗能量,也就是净产出。不过,目前全球托卡马克装置的Q值都到不了1,EAST的Q值也只有零点几。

  陆坤说:“只要大于1就可以尝试着去发电了,Q值是我们聚变界追求的目标。我们最终追求的目标是Q值大于30,这样会更有经济性,老百姓才能用得起。我们要探索的就是在时间尺度上,能够去稳定地维持高参数的等离子体,为后续新的装置提供核心的技术支撑。”

  中国的可控核聚变技术即将有新的实验平台。位于法国南部的ITER,也就是国际热核聚变实验堆,正在加紧建设中,这是目前全球在建的最大核聚变实验装置。这个项目目前有7个成员方、30余个参与国。中国是7个成员方之一,从2009年以来主持了超导导体、磁体等多项制造任务,是项目建设的主要力量之一,也享有100%的技术成果使用权。

  中核集团核工业西南物理研究院ITER磁体支撑项目负责人李鹏远说:“我们中方在法国有100余人的团队。通过各个单位选派的一些优秀人才在那里边学习边工作,参与这个组织,学习国外的一些先进技术、先进的管理方式,为下一步自主建造国内的示范队,储备了大量的人才和技术。”

  ITER投用后,我国可控核聚变技术研发将进一步提速。同时,我国也在发展新一代“人造太阳”。位于成都的“中国环流三号”去年取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,标志着我国磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列。

  中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所所长钟武律说:“新一代‘人造太阳’将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术,实现堆芯级等离子体运行,研究前沿聚变物理。为我国开展聚变燃烧实验,自主建造聚变堆奠定坚实基础。”

  对于可控核聚变技术走出实验室的具体时间,目前专家有不同的预测。有人预计需要三十年左右的时间,也有人预计几年之内就能实现。不管怎么样,只要技术不断提升,我们终究会迎来既好用又用得起的“人造太阳”新能源。

(责编:郭爽)

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