小时候听过《种太阳》的儿歌,谁能想到这个充满浪漫色彩的幻想,正一步步变成现实。
中国“人造太阳”东方超环完成第 122254 次实验时,稳态运行 403 秒,刷新世界纪录。不少科研人员在实验结束后激动落泪。
这不仅是顶尖科技的突破,也让很多人产生疑问:天上本来就有太阳,我们为什么还要造一个?
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其实,现有核电站用的是核裂变:用中子轰击铀原子核,让它分裂成两个较轻的原子核,释放能量的同时产生更多中子,引发连锁反应。
这个过程虽然能稳定发电,但需要的铀矿储量有限,按当前全球消耗速度,仅够使用千年。而且核裂变会产生致命的放射性废料,切尔诺贝利、福岛的事故教训至今历历在目,一旦发生泄漏,会对生态造成不可逆的破坏。
人造太阳用的是核聚变,原理和太阳发光发热完全一致:将氘、氚等轻原子核在高温高压下聚合在一起,变成较重的原子核,释放的能量是核裂变的 4 倍。
几克聚变燃料就能供一个发达国家居民使用 60 年,而且海水中的氘储量足够人类使用 100 亿年,远超太阳的剩余寿命。
更重要的是,核聚变不会产生放射性废料和温室气体,哪怕装置出现故障,也只会直接停机,不会发生爆炸,是真正的清洁能源。
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核聚变的美好愿景人人向往,但实现起来却难比登天。太阳内部的压力是地球的几千亿倍,只需 1500 万摄氏度就能维持聚变反应。
但在地球上,我们没法造出这么大的压力,只能靠拉高温度来弥补:至少需要 1 亿摄氏度的高温,比太阳核心温度还要高 6 倍多。
地球上根本没有能承受 1 亿度高温的材料,就算是人类目前最耐高温的材料,熔点也不到 4200℃,连所需温度的零头都达不到。
怎么把聚变燃料稳定约束在容器里,不让它直接接触设备造成损坏,成了最大的技术难题。
过去百年里,人类只成功实现过一次可控核聚变,就是氢弹。但氢弹是先用核裂变引爆,瞬间释放超高温高压,一次性完成爆炸,根本没法用来稳定发电,只能作为武器使用。
为了攻克这个世界级难题,全球科学家想出了两条技术路线,中国都在全力推进布局。
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第一条是惯性约束核聚变:把氢弹的核聚变燃料拆成无数小块,用激光、粒子束等快速轰击,让它们同步完成聚变。中国的“神光三号”装置就是这条路线的代表作,目前已经取得了不少阶段性成果。
第二条是磁约束核聚变:用强磁场把聚变燃料悬浮在甜甜圈形状的环形真空室里,让燃料不用直接接触高温容器。这次刷新纪录的东方超环,就是磁约束核聚变装置,中国也是全球少数掌握这项核心技术的国家之一。
除此之外,中国还深度参与了全球最大的磁约束核聚变项目 ITER,这个由多国联合打造的装置预计几年后建成,为全球核聚变研究提供重要支撑。
从第 122254 次实验到稳态运行 403 秒,中国的人造太阳研究正在一步步往前推进。
虽然从实验室实验到大规模商用,还要走过十几年甚至几十年的漫长道路,但我们已经站在了无限能源的门槛边。
过去几十万年里,人类无数次幻想过不用为能源发愁的美好生活,却始终找不到实现的路径。如今,我们终于看到了切实的希望。只要继续坚持攻关,人类距离能源自由的目标就会越来越近。、
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