您当前的位置: 首页 >  博客资讯

1.2亿摄氏度100秒,中国人造太阳领先世界,何时开始发电?

万物生长靠太阳

太阳发出的光让绿色植物产出氧气,而太阳的热则给了大地合适的温度,让生命得以在这里繁衍生息,虽然太阳看上去是永恒的存在,但实际上太阳也会有燃料消耗完的一天。

因为在20世纪初,物理学界了解了原子能的秘密之后,就意识到了1.5亿公里之外的太阳能量同样来源于原子能,只不过太阳的能量释放属于原子能中的核聚变,而后来人类发明的原子弹以及核电站,都是以核裂变为能量来源的。

那么核裂变与核聚变的差距有多大呢?

形象比喻的话,一千克核材料完全裂变能让火车绕地球赤道一周,而如果一千克核材料完全聚变的话,释放的能量足够让火车开到38万公里外的月球上,也就是核聚变的能量释放至少是核裂变的4倍。

而且相较于核裂变的放射性污染问题,氢元素核聚变,尤其是氦3的核聚变过程完全不产生放射性,因此在掌握核裂变发电技术后,科学家们就开始研究可控核聚变发电技术,至今仍在攻关中。

目前走在可控核聚变最前列的,是我国位于合肥中科大科学岛上的托卡马克可控核聚变实验装置,不仅能将1亿摄氏度高温度聚变环境维持超过100秒,而且还能实现一定规模的发电效应,只不过目前释放的能量小于输入的能量,最好的结果也不过是输出的能量略大于输入的能量,因此无法实现真正的可控核聚变发电。

那么太阳是如何实现可控核聚变的呢?

其实太阳之所以能稳定将核聚变反应持续100亿年,靠的是自身的质量和体积,也就是太阳核心1500万度的超高温和3000亿个地球大气压的超高压,在高温高压的催动下,氢元素才得以不断聚变释放能量。

这种由内到外的能量释放,理论上来说是会让太阳像氢弹一样瞬间炸开的,而这种事之所以没有发生,是因为太阳自身的质量带来的引力,刚好与内部核聚变释放的能量保持了平衡,进而才有了太阳这颗能持续100亿年的黄矮星。

而地球上的托卡马克可控核聚变装置,由于无法生成太阳核心3000亿倍地球大气压的超高压,所以只能用温度来弥补,这也是为什么托卡马克装置内的温度要达到1亿度才行,压力不够就得温度来凑。

当然了,上亿摄氏度的高温肯定不能用寻常办法来约束,物理学家目前约束高温等离子体的方法都是非接触法,也就是磁约束或者激光约束,这两种办法可以避免接触托卡马克装置的内壁。

我国的可控核聚变进展

自2000年起,我国自主研发的全超导托卡马克实验装置开始落实,选址在合肥市科学岛。2006年,HT-7全超导非圆截面托卡马克装置正式建成,中文名为东方超环。

2016年,东方超环首次实现了5000万摄氏度持续时间最长的等离子体放电,随后在2018年和2021年相继实现了1.2亿度维持101秒和1.6亿度20秒,打破了韩国之前1亿度持续20秒的记录。

2021年12月30日,利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒,这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒,对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。

一切顺利的话,2035年左右我国就能研制出第一个可控核聚变装置,届时可控核聚变带来的近乎无限的电力,将让我国乃至全人类彻底摆脱能源危机,在一公斤氢聚变产生的能量相当于2万吨标准煤,氢元素又能从海水中被大量提取的情况下,可控核聚变反应堆就是当之无愧的人造太阳。

可控核聚变的未来应用

在未来的航天探索中,前往太阳系外侧乃至系外行星的旅程肯定不能再以化学动力为主,因此可控核聚变为能源的飞船必将取代目前简陋的化学动力航天器,将人类文明的宇宙航行速度从光速的万分之一提升到光速的百分之一甚至是十分之一,也就是每秒3000公里到每秒3万公里。

虽然现在看起来可控核聚变的路途还很遥远,但只要不断前进,总有一天梦想也会照进现实。