前沿资讯!“人造太阳”会成为下一代清洁能源吗

作者:婉滕

更新时间:2022-10-31 15:03:40


【资料图】

科普时报实习记者 都 芃

图为托卡马克装置 (中核集团供图)

100万安培是什么概念?不久前,中核集团核工业西南物理研究院传来捷报,我国新一代“人造太阳”(HL-2M)等离子体电流突破100万安培(1兆安),创造了我国可控核聚变装置运行的新纪录。100万安培,这个巨大数字背后,是我国“人造太阳”向着核聚变点火迈出的重要一步。

什么是“人造太阳”?

“人造太阳”即托卡马克装置,是通过模拟太阳核聚变,利用可控热核聚变反应来为人类提供清洁能源的一种装置。托卡马克装置的中央是一个环形真空室,里面注满气体,外面缠绕着线圈。线圈通电以后,会在托卡马克内部产生巨大的螺旋型磁场,里面的气体将被电离成等离子体并形成等离子体电流,当等离子体被加热到极高温度后,便可达到核聚变条件。

中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所副所长、HL-2M实验负责人钟武律告诉记者,要衡量核聚变装置及核聚变研究水平,主要看3个参数:燃料的离子温度、等离子体密度和能量约束时间。3个参数缺一不可:首先温度要足够高,能够使燃料变成超过一亿摄氏度的等离子体;二是密度要足够大,这样原子核发生碰撞的概率就大;三是等离子体能够在装置内被约束足够长的时间。只有当这3个参数的乘积超过一个特定数值时,才能够达到发生核聚变反应的条件。而等离子体电流的大小将显著影响3个参数中的等离子体密度和能量约束时间。因此,钟武律表示,未来托卡马克装置要实现稳定运行,等离子体电流必须要超过1兆安。这样聚变3个参数的乘积才有可能超过特定数值,实现聚变点火。

等离子体电流听起来“高大上”,但钟武律告诉记者,其基本原理实际非常简单。“我们的托卡马克装置其实就是在一个大型真空容器里面注满气体,然后把气体电离变成等离子体,再用强磁场把带电粒子控制住,让它在真空容器里面悬浮起来。类似的等离子体在生活中其实很常见,比如日光灯管中就有。”

实现核聚变发电还有多远?

相比于人类目前采用的多种能源,核聚变能堪称是真正的“未来能源”:一方面,核聚变的反应原材料氘能够在海水中获得,储量丰富,取之不竭。1升海水中提取的氘完全发生聚变反应时,其释放的能量相当于燃烧300升汽油。另一方面,相比于依靠核裂变产生能源,核聚变的安全性也更为可靠。如果说核裂变是把镜子摔碎,那么核聚变就是把摔碎的镜子复原。核聚变通常是将氢的同位素、轻原子核氘和氚结合成较重的原子核氦来释放巨大能量。而要想让原本独立的两个原子核克服各种阻碍合为一体,对温度、密度、约束时间等条件的要求都极为苛刻,一旦条件受限,反应无法维持,核聚变就不会发生。

核聚变虽然好处很多,但必须承认目前距离依靠核聚变产生能源发电,还有很长的路要走,现阶段最为实际的目标是实现真正的核聚变点火。钟武律表示,HL-2M不仅在等离子体电流这一参数上拥有领先优势,其设计等离子体离子温度可达到1.5亿摄氏度,同样能够满足点火要求。未来,HL-2M将继续有条不紊地开展后续实验工作,冲击更高的等离子体电流和离子温度等参数,全面提升核聚变3个参数,向着核聚变点火不断迈进,实现我国“人造太阳”研究新的飞跃。

百度
本站所有内容均来源于互联网,图片版权归原作者所有,若有侵权等相关问题敬请告知,我们会立即处理。
客服QQ:981710980
© 2020 - 2022 备案号:桂ICP备18001124号-5 | 自由分享各种资源,资讯,影视,娱乐等最新消息