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意义重大!合肥“人造太阳”7000万℃运行17.6分钟,再创世界纪录

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可控核聚变技术是被全人类寄予厚望的未来能源方式,它利用的是太阳燃烧的原理来释放热量,因此这类的实验装置常被称作“人造太阳”,我国中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所就有一座有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),2021年12月30日晚,这台装置又创造了一个世界之最——实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,而且是在7000万℃的高温下。

之前我们常听说某个国家的人造太阳装置创造了多少秒的运营实验,这个时间通常是几秒或几十秒,有的甚至不到1秒钟,这次的合肥物理研究所的人造太阳创造了1056秒的运行时间,合17.6分钟,是世界上首次人造太阳装置超过“千秒”时间,创造了世界托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间纪录,有业界专家认为这样的时长已经逼近可实用操作的最低要求。

超导托卡马克装置是一种利用磁约束和真空绝热来实现受控核聚变的环形容器,运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚,再通过物理方法使其变成高密度和高温条件下的等离子体,进而发生聚变反应,这时就会产生强大的能量。超导托卡马克已被科学界公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。

中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的全超导托卡马克核聚变实验装置从开始建造至今已有10年,其直径约8米,重四百多吨,是全世界所有的已建成的中大型托卡马克装置。

2016年2月时,合肥这座全超导托卡马克物理实验就实现了电子温度达到5000万℃持续时间最长的等离子体放电;2018年11月12日,EAST又实现了1亿℃等离子体放电;2021年5月28日,全超导托卡马克核聚变实验装置创造了可重复的1.2亿℃的高温,并且持续了101秒,同时还实现了1.6亿℃持续20秒的运行,如今又实现了7000万℃高温下1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,打破了自己保持的世界纪录,标志着我国在可控核聚变研究上处于世界领先水平。

合肥EAST装置实验运行总负责人龚先祖也表示:“此次把电子温度近7000万摄氏度的长脉冲高参数等离子体维持1056秒,注入能量达到1.73吉焦,实验意义重大,千秒等离子体运行的实现已为未来建造稳态的聚变工程堆奠定坚实的科学和实验基础。”

可控核聚变发电技术和如今正在使用的核能发电技术是不一样的,如今的核电站使用的都是可控核裂变技术,离不开放射性较强的铀、钚等重元素,一旦发生核泄漏,就会造成难以收拾的核污染状况,因此世界上的不少核电大国限制了核能发电技术的应用,关停了不少核电站。但可控核聚变技术就不存在这样的情况,它并不存在重元素污染的情况,而且核聚变装置关了之后高温高压环境立即消失,核反应立即就会停止,所以十分安全。

合肥这座全超导托卡马克装置只是一个核聚变实验堆,我国下一代“人造太阳”——中国聚变工程实验堆(CFETR)目前已完成工程设计并开始建造,这是更大的一个核聚变反应堆,据《金投网》2021年9月29日消息称其聚变堆主机关键系统综合研究设施正在建设,计划到2035年建成核聚变工程实验堆,开始实用化发电的大规模科学实验,到2050年时聚变工程实验堆实验成功并建设大型聚变商业示范堆,初步掌握可控核聚变发电等方面的技术,届时人类将可以不再为能源问题发愁了。

参考资料:

《环球网》2021年12月31日文章《1056秒!中国人造太阳运行时间突破千秒》

《金投网》2021年9月29日文章《中国核聚变研究创世界纪录,“人造太阳”有望在10年内提供电力》

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