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无限能源时代还有多远?韩国人造太阳创世界纪录,比中国更厉害?

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科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇

“可控核聚变”技术——被誉为21世纪最狂野、最具现实意义的“梦想”之一,是人类进入无限能源时代的重要手段。2020年底,韩国超导托卡马克先进研究(KSTAR)中心创造了等离子体100,000,000℃超高温持续20秒的世界纪录,一举打破此前8秒的最高时长,向无限能源时代再迈进一步。

KSTAR又被称为韩国的 “人造太阳”。托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈,通电时会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度并加以约束,最终期望实现可控的核聚变发电——一种潜在的无限清洁能源。

要想实现真正意义上的核聚变发电,1亿摄氏度下的等离子体长时间运行是关键所在。此前韩国KSTAR曾创造了8秒的世界最高记录,而这次成功地将维持时间提升1.5倍,达到20秒。外媒评价称,这成为高性能等离子体长时间运行技术的重要转折点,也是保障未来商用核聚变反应堆的核心技术。

此次,韩国KSTAR将运行时间提升至20秒的关键是升级了KSTAR内部的传输屏障(ITB)模式,这有助于提高核聚变反应的密闭性和稳定性。首尔国立大学(SNU)的核物理学家Yong-Su Na表示,KSTAR克服了ITB传统模式的缺点,在长时间高温运行中取得了成功,使我们离核聚变能源技术的实现更近了一步!

而要使等离子体在足够长的时间内保持足够高的温度,已被证明是一项巨大的科学挑战。KSTAR的目标是在2025年以前将20秒的记录进一步提升至300秒以上,同时维持超高温等离子体的温度超过1亿摄氏度。

面对韩国KSTAR的突破,美国哥伦比亚大学的核物理学家Young-Seok Park评价称,在如此长的时间内实现1亿摄氏度高效的等离子体运行,这表明了KSTAR装置具有国际一流的独特性能,并被公认为是世界高性能、高稳态的核聚变反应装置。

KSTAR装置可以将两个氢同位素原子核融合,发生类似于太阳表面发生的反应,从而产生巨大的能量,这与我国的“人造太阳”基本相同(下图为成都的“中国环流器二号M”)。

2020年12月,中国核工业集团宣布新一代的可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”投入运行,它也是中国规模最大、参数最高的托卡马克可控核聚变研究装置,其等离子体体积为中国现有装置的2倍以上,等离子体温度也将对标国际最前沿——达到1亿摄氏度以上

可以说,“中国环流器二号M”实验装置的建成将为人类真正掌握可控核聚变技术提供重要的技术支持。中国人距离“人造太阳”的梦想,又近了一步。

如今,可控热核聚变在常规托卡马克装置上已经实现,但常规托卡马克装置体积庞大、效率低,突破难度也更大。这就亟待科学家们不断改进设备,创造出更加高效稳定的反应装置,以期实现仅利用海水(氢源)就可以实现无限能源开发的梦想。

不过,就算可控核聚变的梦想最终得以实现,我们还要有很长的一段路要走,现在摒弃传统的化石能源还是不现实的。换句话说,核聚变发电目前仍然是一种可能,而不是一种必然。

责编/朱张航宇

信息来源:Wikipedia、韩国聚变能源研究所(KFE)

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