【最新研究】世界首次!「人造太陽」7000萬℃運行超千秒創新紀錄,更大的一台建造中

可控核聚變技術是被全人類寄予厚望的未來能源方式,它利用的是太陽燃燒的原理來釋放熱量,因此這類的實驗裝置常被稱作「人造太陽」,中國中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所就有一座有「人造太陽」之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST),2021年12月30日晚,這台裝置又創造了一個世界之最——實現1056秒的長脈衝高參數等離子體運行,而且是在7000萬℃的高溫下。

之前我們常聽說某個國家的人造太陽裝置創造了多少秒的運營實驗,這個時間通常是幾秒或幾十秒,有的甚至不到1秒鐘,這次的合肥物理研究所的人造太陽創造了1056秒的執行時間,合17.6分鐘,是世界上首次人造太陽裝置超過「千秒」時間,創造了世界托卡馬克裝置高溫等離子體運行的最長時間紀錄,有業界專家認為這樣的時長已經逼近可實用操作的最低要求。

超導托卡馬克裝置是一種利用磁約束和真空絕熱來實現受控核聚變的環形容器,運行原理就是在裝置的真空室內加入少量氫的同位素氘或氚,再通過物理方法使其變成高密度和高溫條件下的等離子體,進而發生聚變反應,這時就會產生強大的能量。超導托卡馬克已被科學界公認為是探索、解決未來穩態聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑。

中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置從開始建造至今已有10年,其直徑約8米,重四百多噸,是全世界所有的已建成的中大型托卡馬克裝置。

2016年2月時,合肥這座全超導托卡馬克物理實驗就實現了電子溫度達到5000萬℃持續時間最長的等離子體放電;2018年11月12日,EAST又實現了1億℃等離子體放電;

2021年5月28日,全超導托卡馬克核聚變實驗裝置創造了可重複的1.2億℃的高溫,並且持續了101秒,同時還實現了1.6億℃持續20秒的運行,如今又實現了7000萬℃高溫下1056秒的長脈衝高參數等離子體運行,打破了自己保持的世界紀錄,標誌著中國在可控核聚變研究上處于世界領先水準。

合肥EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖也表示:「此次把電子溫度近7000萬攝氏度的長脈衝高參數等離子體維持1056秒,注入能量達到1.73吉焦,實驗意義重大,千秒等離子體運行的實現已為未來建造穩態的聚變工程堆奠定堅實的科學和實驗基礎。」

可控核聚變發電技術和如今正在使用的核能發電技術是不一樣的,如今的核電站使用的都是可控核裂變技術,離不開放射性較強的鈾、鈈等重元素,一旦發生核洩漏,就會造成難以收拾的核污染狀況,因此世界上的不少核電大國限制了核能發電技術的應用,關停了不少核電站。

但可控核聚變技術就不存在這樣的情況,它並不存在重元素污染的情況,而且核聚變裝置關了之後高溫高壓環境立即消失,核反應立即就會停止,所以十分安全。

合肥這座全超導托卡馬克裝置只是一個核聚變實驗堆,中國下一代「人造太陽」——中國聚變工程實驗堆(CFETR)目前已完成工程設計並開始建造,這是更大的一個核聚變反應堆,據《金投網》2021年9月29日消息稱其聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施正在建設,計畫到2035年建成核聚變工程實驗堆,開始實用化發電的大規模科學實驗,到2050年時聚變工程實驗堆實驗成功並建設大型聚變商業示范堆,初步掌握可控核聚變發電等方面的技術,屆時人類將可以不再為能源問題發愁了。

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