中国为人类实现无限清洁能源之梦按下“加速键”

发表时间:2023-09-22 10:00作者:中国网

       近期,中国可控核聚变研究捷报频传。继4月12日中国全超导托卡马克(EAST)实现403秒稳态高约束模式等离子体运行后,8月25日,新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。高约束模式、403秒、100万安培……这些关键技术难题的突破,标志着中国核聚变研究向“聚变点火”又迈出重要一步,也意味着人类获取无限清洁能源的梦想正在照进现实。

  能源问题一直是制约人类社会发展的主要瓶颈之一。今天,全球能源消耗量的82%来自于化石能源,由此产生的温室气体排放问题也为全球气候变暖埋下祸根。另一方面,现有的核电站虽然不会产生温室气体,但核裂变反应却可能带来严重的核污染。1986年,切尔诺贝利核电站事故污染的土地面积超过4000平方公里,另有4000多人因核辐射引发的癌症和其他疾病去世。当下,日本正在排放的核污染水,预计在1200天之后就会覆盖整个北太平洋。核污染危害之大令人触目惊心,因此,废止核电的呼声在全世界不绝于耳。

  能源问题是一个戴在人类头上的紧箍咒,而寻找清洁、丰富的能源则成为各国孜孜以求的目标。可控核聚变被誉为清洁能源领域的“圣杯”,由此也被寄予无限期待。与核裂变反应不同,核聚变反应没有放射性,自然也就不会产生核污染。而且,核聚变的原料之一氘在海洋中的储量极其丰富——每公升海水中就含有0.03克氘,在核聚变反应中可产生相当于燃烧300升汽油的能量。据称,一旦可控核聚变技术获得突破,地球海洋中的氘可供人类使用100亿年。届时,人类将一劳永逸地解决能源问题。

  梦想是远大的,但道路是曲折的。可控核聚变的实现条件极其苛刻:首先,需要制造1亿℃以上的高温环境,以克服原子核之间的斥力;其次,要保持足够大的密度,以使原子核之间可以发生充分的碰撞;最后,还要保证足够长的能量约束时间,以避免高温等离子体的能量快速损失。在上世纪50年代,这三个条件被英国物理学家劳森总结为著名的“劳森判据”。根据劳森判据,只有当温度、密度和约束时间这三个参数的乘积大于一定值时,核聚变的能量产出才能大于能量损耗,核聚变反应才能持续、稳定,也即成功实现“聚变点火”。

  如今,中国的可控核聚变装置已经能够实现1.5亿℃的运行,所以满足第一项条件不成问题。而对于后两项条件,科学家们发现等离子体的密度和能量约束时间恰恰与等离子体的电流成正比。也就是说,等离子体的电流越高,后两个参数的乘积越高。经推算,100万安培正是实现“聚变点火”的必要条件。因此可以毫不夸张地说,中国在该关键技术领域取得的突破,是人类可控核聚变发展历程中的一座重要里程碑。

  但我们同样也应看到,前方的道路依然漫长。“聚变点火”的最终实现,需要集合全人类的智慧与努力。2006年,中国加入“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”,成为理事会的“七方”成员之一。ITER旨在建造反应堆级的核聚变装置,以验证和平利用聚变能的科技可行性。据称,在建的ITER热核聚变实验反应堆是目前世界上的最大、最复杂的磁约束核聚变装置。该装置已于2020年启动安装,并计划于2025年首次“点火”,2035年开始核聚变实验。中国承担了ITER建设中约9%的任务,并已成功完成其核心部件“增强热负荷第一壁”的首件制造,为ITER的顺利实施贡献了“中国智慧”。值得一提的是,此次“中国环流三号”在取得技术突破的同时,也为ITER验证了高约束运行模式的可行性。

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  核聚变行业曾经流传着一个“50年魔咒”,即人类距离使用核聚变能永远“还要50年”。可如今,随着人类对于核聚变技术的认知愈加全面,一个又一个技术难关正在被攻克。尤其是ITER建设的有序推进,让可控核聚变的商业化应用时间表逐渐清晰。中核集团核聚变堆技术领域首席专家段旭如曾向外界预测,到2050年左右,人类或将真正使用上核聚变能源。以此来看,人类正在走出“50年魔咒”,无限清洁能源之梦,有望在可预见的未来变为现实。而中国正在为实现这个伟大梦想按下“加速键”。

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