来源:IT之家
本文来自微信公众号:SF 中文 (ID:kexuejiaodian),作者:SF
4 月 12 日 21 时,正在运行中的的全球首个全超导托卡马克装置 EAST(先进实验超导托卡马克实验装置),在稳态长脉冲高约束模式下,实现等离子体稳定运行 403 秒,创造了托卡马克装置稳态高约束模式运行新的世界纪录。此前 101 秒的世界纪录,也是由 EAST 于 2017 年创造的。EAST 是中国新一代可控核聚变研究装置,由中科院合肥物质科学研究院自主研制,于 2006 年 9 月 28 日取得首轮物理放电实验的成功。
【资料图】
文 | 斯图尔特・克拉克(Stuart Clark)
编辑 | 赵佳明
也许有的朋友会问,这个 403 秒意味着什么?这个 403 秒意味着,人类距离利用可控核聚变产生能量又近了一步,可能可控核聚变发电很快就会成为现实。
要回答这个问题,首先要了解什么是核聚变。核聚变就是两个质量较轻的原子合二为一,同时释放大量能量的过程。太阳和其他恒星就是通过核聚变来发光放热的。如果我们能在地球上“复制”这一过程,将产出大量能量。这是我们需要核聚变的第一个原因。
气候变化和能源安全也促使人们转变了观念,开始接受核聚变。对于气候变化来说,核聚变能提供丰富的清洁能源。同火力发电等发电模式相比,几乎没有温室气体的排放。核聚变还可以和太阳能、风能等其他可再生能源联合使用。至于在能源安全方面,随着全球能源需求的急剧增长,一旦化石能源枯竭,就必须依靠核聚变能源了。
其实,我们利用核能不是最近的事,现在世界各地运行的核电站正是通过核裂变来发电的。不过,相较于核聚变,核裂变存在安全问题、核废料处理问题,以及核原料的取材问题。因此,科学家都把关注点转移到了核聚变上来。
现在我们已经知道,核聚变发生的条件是像太阳内部那样的极端高温、高压、高密度。可是,人造的核聚变反应堆无法复制这样的压力和密度条件。比如,在 JET(欧洲联合环状反应堆)的内部,气体的密度和反应堆外的普通大气差不多。那么,要想实现核聚变反应,反应堆内的温度就得超过 1 亿℃。在这样的温度条件下,气体会变成等离子体。这时,可以用磁场来约束它们。
因为任何一种材料一旦触碰到温度超过 1 亿℃的等离子体,都会熔毁,所以只能通过磁场来约束等离子体。同时,磁场还能使等离子体加速流动,为核聚变创造条件。可见,在核聚变反应堆中,磁场很重要。这次 EAST 创造的新世界纪录就是关于磁场约束等离子体,从而稳定运行的。这是利用可控核聚变产生能源的关键。
此外,现阶段的核聚变发电还存在“投入产出比”不协调的问题:反应堆虽然能产出大量能量,但满足自身运转需要投入更多能量。为了解决这个问题,多国联合出资,正在法国南部建造国际热核聚变反应堆(ITER),预计在 2025 年投入运行。在刚开始运行的 10 年间,科学家会逐步提升反应堆的运行功率,最终让它满负荷运行。科学家估计,ITER 最终输出的能量,将是启动核聚变所需能量的 10 倍以上。
近年,科学家和私营企业为了尽早实现可控核聚变,采取了一些新的尝试。
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