1月20日，有“人造太陽”之稱的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)，創(chuàng)造了新紀(jì)錄。這一位于安徽合肥的實(shí)驗(yàn)裝置，首次實(shí)現(xiàn)1億攝氏度1066秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運(yùn)行。什么是“人造太陽”？這一實(shí)驗(yàn)突破究竟意味著什么？人類離核聚變發(fā)電還有多遠(yuǎn)？
什么是“人造太陽”？
什么是 “人造太陽”？它是一種模擬太陽內(nèi)部核聚變反應(yīng)過程的裝置，通過控制和維持高溫等離子體運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)來釋放巨大的能量，從而有望徹底解決人類能源問題，并深刻改變?nèi)祟惿a(chǎn)生活方式。核聚變能源具有原料豐富、安全高效、清潔低碳的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，用它來發(fā)電可提供近乎零碳排放的清潔能源。舉個(gè)例子，一升海水中提煉出來的氘與另外一種原料氚經(jīng)過聚變反應(yīng)釋放出的能量，相當(dāng)于300升汽油燃燒的能量。
首次跨越1000秒大關(guān) 意味著什么？
此次“人造太陽”EAST首次實(shí)現(xiàn)億度千秒運(yùn)行，意味著什么？
位于安徽合肥的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST于2006年建成運(yùn)行，之后科研人員們一直在探索高參數(shù)穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運(yùn)行，只有運(yùn)行時(shí)間更長，才能夠創(chuàng)造出聚變反應(yīng)所需要的條件，從而實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間能量產(chǎn)出。
特別是聚變反應(yīng)達(dá)到億度千秒量級，就意味著人類首次在實(shí)驗(yàn)裝置上模擬出了未來聚變堆高效穩(wěn)態(tài)運(yùn)行必備的環(huán)境。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，科研團(tuán)隊(duì)在2012年、2016年、2023年分別跨越了30秒、60秒和403秒的穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運(yùn)行的幾大難關(guān)，為這次跨越1千秒大關(guān)奠定了基礎(chǔ)。
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所研究員 龔先祖：圍繞能夠真正地把聚變能為民所用，我們真正地利用聚變能，未來的反應(yīng)堆必須運(yùn)行在千秒量級以上。這個(gè)(實(shí)驗(yàn))結(jié)果是EAST裝置的一個(gè)重大突破，也是磁約束聚變界研究的一個(gè)重大突破，它標(biāo)志著托卡馬克從實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)研究到工程(應(yīng)用)之間的一個(gè)重要的里程碑。
實(shí)驗(yàn)溫度1億攝氏度是怎么實(shí)現(xiàn)的？
除了1000秒，此次“人造太陽”實(shí)驗(yàn)還有一個(gè)數(shù)字引發(fā)關(guān)注，那就是1億攝氏度。有網(wǎng)友好奇，在托卡馬克裝置上是怎么實(shí)現(xiàn)上億攝氏度的實(shí)驗(yàn)溫度的呢？目前開展的這項(xiàng)研究到底有沒有實(shí)用價(jià)值呢？來聽專家解釋。
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所研究員 龔先祖：上億攝氏度這是指的等離子體的電子溫度，達(dá)到了8.5KeV(千電子伏特)以上，9KeV。如果用攝氏度來表示的話，就是1億攝氏度。這么高的溫度的等離子體，這么高的溫度怎么能夠控制住它，怎么能夠約束住它，這是托卡馬克的優(yōu)勢。
所謂的“托卡馬克”是從俄語里面翻譯過來的，它就是叫環(huán)形磁約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置，它是通過外面的線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，很高的電流產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，把等離子體約束在一個(gè)真空容器內(nèi)。
氘氚運(yùn)行產(chǎn)生聚變能在上個(gè)世紀(jì)90年代，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)可行性已經(jīng)被驗(yàn)證了，一是在美國的普林斯頓大學(xué)，率先驗(yàn)證了氘氚運(yùn)行產(chǎn)生聚變能。特別是在前兩年，在歐洲利用氘氚反應(yīng)在托卡馬克上產(chǎn)生了68兆焦的聚變能。氘氚運(yùn)行，就是核聚變應(yīng)該是為解決未來能源問題的一個(gè)重要的科學(xué)途徑。
核聚變能將如何改變?nèi)祟惿睿?/p>
“人造太陽”最直接的應(yīng)用，就是解決能源問題。那么，這項(xiàng)研究將如何影響我們的生活呢？專家稱，如果人類能利用核聚變能，這將是顛覆性的變革。
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所研究員 龔先祖：最直接的關(guān)系是解決未來能源問題。如果有一天我們能真正利用核聚變能，我想可能世界上戰(zhàn)爭也要少許多，大家不為搶奪石油資源發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭。更重要的一點(diǎn)，如果人類真正能夠利用核聚變能，應(yīng)該說是一個(gè)巨大的革命。如果真正在實(shí)驗(yàn)室能夠產(chǎn)生持續(xù)的核聚變能，能夠有穩(wěn)定輸出，那將帶來對人類能源的一次革命。
核聚變會(huì)不會(huì)對大氣環(huán)境造成影響？
雖然是為了解決能源問題，也有網(wǎng)友疑問，核聚變研究會(huì)不會(huì)對大氣環(huán)境造成影響？人類真正想實(shí)現(xiàn)核聚變能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源，到底還有多遠(yuǎn)的路要走呢？
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所研究員 龔先祖：核聚變反應(yīng)本身產(chǎn)生的生成物是氦，它是一個(gè)清潔能源，非常友好的，也是跟我們整個(gè)國家的要求，就是達(dá)到碳中和的目標(biāo)是一致的。
對全球來說，聚變的路確實(shí)是很長。但是隨著近二十年的發(fā)展，特別是在我們等離子所EAST全超導(dǎo)托卡馬克上取得的這些成果，應(yīng)該大大可以縮短我們對未來聚變堆研究的進(jìn)程。