【资料图】

众所周知，“人造太阳”项目即为通过核聚变能源来最终解决人类面临的能源危机，是国际社会的共同心愿。如果能够在地球上可控地实现核聚变，人类就可以拥有清洁而且源源不断的新能源，而能源（电）也会像空气和水一样，取之不尽用之不竭，价格自然便宜甚至不要钱。“人造太阳”将使中国迈过第一级宇宙文明核聚变技术已经发展几十年了，此前如何尽可能实现净能量增益，一直是困扰各国科学家的一大命题。去年12月美国能源部宣布，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）运营的国家点火装置（NIF）实现了“点火”，同时产生的聚变能量超过了启动反应使用的激光能量，首次实现可控核聚变反应的净能量增益。NIF 创造出 500 TW 激光脉冲听到这条消息多少有点不舒服，引用中核电力董事长卢铁忠的话：“第一度可控核聚变产生的电要在中国发出来！”但站在人类的角度，美国的这次成功是否意味着我们离可控核聚变更近了？这是否意味着，人类很快可以实现这一梦想？核聚变科普核聚变是一种人造过程，可以复制为太阳提供动力的相同能量。核聚变发生时，两个轻原子核结合形成一个较重的原子核，并释放出大量能量。由于高温高压下的聚变反应难以精确控制，“净能量增益”始终是核聚变难以实现的目标。核聚变原理图目前全球正在研究的可控核聚变技术路线，主要包括磁约束和激光惯性约束。实现核聚变发电的两大难点是实现上亿度点火和稳定长时间约束控制。美国NIF走的是惯性约束路线，即用超大功率激光器产生激光束，射向一个含氘氚的氢球形靶丸上使其崩溃，并产生1亿摄氏度左右的高温，从而触发氢原子聚变，释放大量能量。磁约束需要利用装置，用磁场来约束聚变物质，目前研究的装置包括托卡马克、仿星器、反向场箍缩及磁镜等。该路线的主攻方向之一是采用是托卡马克（Tokamak）装置。这是一种环形容器，用磁场形成一个“磁笼”将等离子体束缚住，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，实现受控核聚变。这种装置又称环磁机，名字来源于其的关键词——环形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnet）、线圈（kotushka）。国内核聚变进展作为世界大国之一，我们自然也一直在进行核能的研发。中核集团下属的核工业西南物理研究院位于成都，目前运行有磁约束核聚变研究装置中国环流器二号A（HL-2A）和中国环流二号M（HL-2M），与位于合肥的中科院合肥研究院等离子体所的东方超环（EAST）装置，是我国主要的磁约束核聚变研究装置。2022年10月19日，我国新一代“人造太阳”——中国环流器二号M装置（HL-2M）科学研究再获新进展，在成都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新纪录，标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步。中国环流器二号M装置图其实，在中国合肥市西郊的科学岛上，也有一座大科学装置——EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak），全称是全超导托卡马克核聚变实验装置。大家给它起了一个可爱的名字——“人造太阳”。2023年2月末，“人造太阳”EAST牵头人、中国工程院院士李建刚在墨子沙龙上，向我们讲述了中国人在可控核聚变征途上的一次次突破。李建刚原话：“过去我认为我的有生之年不一定看得到的，所以叫做‘梦想’，而现在，新的时代和机遇给了我们绝佳的舞台。我相信十年之内，一定能看到有一盏灯在合肥被核聚变点亮。”东方超环(EAST)，俗称“人造小太阳”核聚变商用还有多远？中核集团聚变堆技术首席专家、核工业西南物理研究院原院长段旭如曾表示，从聚变研究角度来说，利弗莫尔实验室的成就是一个重大突破，实现能量增益超过1很不容易，磁约束核聚变和惯性约束核聚变研究都在追求这一目标。以后聚变要实现能源利用，增益因子要比1大很多，但第一步重要突破就是要大于1。段旭如介绍，在磁约束核聚变研究领域，此前只有日本的JT-60上实现过等效聚变功率增益因子超过1。所谓等效功率增益因子，是因为核聚变最终用氢的同位素氘（D）、氚（T）反应，而JT-60实验中采用了氘、氘融合，根据其结果推断如果把部分氘换成氚，发生反应能产生多少聚变功率，所以是等效因子。另外，在欧洲联合环（JET）装置上实现了59兆焦耳的聚变能量，其增益因子不到1。而此次美国利弗莫尔实验室点火装置的实验，是人类首次在实验中实现聚变增益因子超过1。想要让可控核聚变达到可以发电的水平，主要是需要延长聚变时长，至少需要提升到3000秒以上，才能实现聚变增益超过1，进而让核聚变发电的成本降低到商业化范围。好在中国科学家已经着手研究这方面技术了，计划通过改进现有的托卡马克装置，从而将聚变时间提升到3000秒。与此同时，中国还开始了第一代可控核聚变发电站的工程设计，如果一切顺利的话，预计会在2035年开工建造第一座可控核聚变发电站，并计划于2050年之前实现发电。中国的可控核聚变发展在过去是跟跑欧美，现如今基本上是和欧美并跑了，所以展望未来，超越欧美，让第一度可控核聚变的电在中国产生，还是非常有希望的，希望这一天尽快到来！那么，你是否好看中国科学家在这一领域取得更大的突破呢？欢迎评论、点赞、分享，谈谈你的看法。

标签：