人造太陽燃燒了101秒 永恆能源夢不遠了

5月28日,中科院合肥物質科學院成實現「人造太陽」1.2億度下燃燒了101秒,刷下新世界紀錄。目前,研究中的核聚變又稱核融合,指將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個極輕的核粒子的一種核反應形式。人類夢想中的永恆能源也逐步實現中,是世界上一件大事。

中國核聚變刷新世界紀錄

5月28日,中科院合肥物質科學研究院研發全超導託卡馬克核聚變實驗裝置(East)稱「人造太陽」,成功在攝氏1.2億度超高溫下運行101秒,打破之前1億度運行20秒的紀錄,時間延長5倍。

1.2億度下燃燒了101秒

有科研人員指,新紀錄進一步證明核聚變能源的可行性,為邁向商用奠定物理和工程基礎。

中科院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋雲濤說,EAST是我國重大科學工程,目標為人類開發核聚變能源提供工程和物理實驗基礎,建成以來已開展實驗96000餘次,先後實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行,早前已經實現電子溫度1億攝氏度20秒等離子體運行等國際重大突破。

人造太陽是什麼?

「人造太陽」是人類研究和嘗試掌握核聚變能源的裝置,聚變能比傳統核能更為強大,卻沒有核能的壞處,可能一舉解決人類今後多年能源需求。核聚變反應所需的原材料在地球上幾乎取之不盡、用之不竭,被認為是理想的「終極能源」。

核聚變,即輕原子核(氚)結合成較重原子核(氦)時放出巨大能量。因為化學是在分子、原子層次上研究物質性質、組、結構與變化規律的科學,而核聚變是發生在原子核層面上的,所以核聚變不屬於化學變化。值得一提的是,在此過程中,物質沒有守恆,因為有一部分正在聚變的原子核的物質被轉化為光子,即是能量。

核聚變過程

核聚變還有個好處是副產品是氦氣,這是一種無毒的惰性氣體。另一種是氚,氚的幅射很弱,但維持時間很短。

有這麼多好處,但是我們很難長期維持核聚變過程處於受控穩定狀態。最新的East裝置維持101秒,已經是非常不容易的了。

國際熱核聚變實驗堆計畫 2050商業化

國際間一早對人造太陽感興趣,國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃目前全球規模最大的人造太陽計劃,參與國家合共35個,基本上就是全部在研究人造太陽技術的國家。

托卡马克装置真空室

ITER計劃在法國馬賽興建全球最大的托卡馬克裝置,預料2025年開始實驗。中國作為成員之一,承擔了ITER裝置近10%的採購包。2019年9月,中核集團牽頭的中法聯合體團隊正式與ITER組織簽訂托卡馬克主機TAC-1安裝標段工程合同。

計劃聯盟實現了成員機構之間實驗和溝通協調的統一,吸取ITER建設之初的一些教訓,當科研人員向企業提出某些定制需求時,卻發現企業生產不出來,或者造價太高。

ITER設計結構示意圖

歐盟聚變聯盟根據2012年制定的歐洲聚變能源發展路線圖來為成員機構提供研究經費。這個路線圖計劃在2040年開始建設歐盟的核聚變示範堆,並到2050年實現核聚變能商業化。

結語

人類未來發展需要高效、穩定、清潔的可再生能源,作為基礎能源。風能和太陽能雖然是清潔能源,但儲存不穩定,而且有使用限制。在台風下兩的日子,風能和太陽能就很不穩定了。核聚變計劃能夠成功,2050年實現商業化,不單解決現時核能發電產生大量放射性癈料,還可以增加一種穩定的清潔能源,也能更容易達到碳中和。

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