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1.2亿摄氏度,保持101秒,EAST究竟有多牛?

中国再破世界纪录,一旦突破,能源不再是问题!

2021年5月28日,这是值得国人高兴的日子,因为在这一天,我国科研人员的研究成果再次刷新世界纪录。

当日,中科院合肥物质科学研究院的科学家,利用EAST(下图)创造了新的世界纪录,成功实现可重复的1.2亿摄氏度、101秒和1.6亿摄氏度、20秒的等离子体运行。

此前的纪录,是由韩国科学家于2020年年底创造的,韩国人的人造小太阳在1亿摄氏度的状态下运行了20秒。

可不要小看这短短几十秒的提升,20秒和101秒相差了5倍,可这只用了半年时间,未来500秒、1000秒也是可期的。这足够其它国家追上一阵子了。新纪录,进一步证明可控核聚变的可行性,也为迈向商用奠定了基础。

这虽然是中国科研人路上的一小步,但却是人类向核聚变能源应用迈出的重要一步。

科学研究显示,原子核中蕴含着巨大的能量,原子核一分一合,只要利用得当,人类就能够从原子核中获得源源不断的能量。仅1千克铀235完全裂变后,就相当于2000吨优质煤充分燃烧后所释放出的能量。

核聚变,相信大家并不陌生,太阳的巨大能量就源于内部的核聚变反应,太阳核心区域的氢正在源源不断地聚变为氦。氢弹爆炸就利用了核聚变释放能量。

核能发电都要先烧水,再利用水蒸气推动发电机运转。现在全世界的核电站采用的是可控核裂变技术,而核聚变不像核裂变那样会产生放射性核废料,并且核聚变能源的原材料“氢”,在地球上几乎取之不尽,因此被视为“终极能源”。这也是全球许多大国争相研究的原因。

此次用到的科研设备EAST,全称全超导托卡马克核聚变实验装置,它是我国的重大科技基础设施,利用它可以创造类似太阳上的核聚变反应机制。

EAST究竟有多牛?

超高温、超低温、超高真空、超强磁场、超大电流,这些名词足以证明。因为要实现可控核聚变,就必须将这些尖端技术汇于一炉,所以这一套装置非常复杂。没有一定的家底和前期的技术积累,一般国家还真玩不动这个,更别说创造新的记录。

为了实现本次突破,EAST上近百万个零部件必须完美地协同工作,并且我国还首次采用了全金属主动水冷第一壁、高性能钨偏滤器等关键技术。相关科研人员介绍,EAST上的核心技术有200多项,专利近2000项。

可控核聚变的难点在于聚变的产生和聚变物的约束。

要想实现核聚变发电,首先得让核聚变反应持续稳定地进行下去。而要让氢原子核发生聚变,就必须让它们处于高温高压状态,并且还要长时间稳定地持续下去。这意味着,我们必须在地球上模拟出太阳内部的环境。

在太空中,太阳是依靠重力约束聚变物,而在地球上主要有两种约束方法:磁约束和激光惯性约束,目前最有希望的就是磁约束。托卡马克是一种利用磁场约束上亿摄氏度等离子体的一种设备,与之原理类似的还有仿星器。EAST就属于托卡马克。

为了将核聚变燃料加热到上亿摄氏度,并持续保持这个温度,EAST的总功率达到了34兆瓦,这相当于大约6.8万台家用微波炉一起加热。EAST的磁场由超导体产生,不是普通的电磁铁产生的,因为只有这样才能产生超强的磁场,用以约束上亿度的核反应物。仅靠磁场还不行,必须要用地表大气压约一千亿分之一强度的“超高真空”隔热,这样才能避免高温损坏EAST。

除了EAST,我国下一代“人造太阳”装置也已经完成了工程设计,未来我国还计划建设全球首个聚变电站。前期的技术、资金等投入虽然很大,但是一旦成功,将获益良多。

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