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幸运飞艇:“人造太阳”路上,中国后来居上

“人造太阳”路上,中国后来居上

  今年是切尔诺贝利核事故发生的第30个年头。

  核能,在改变世界的同时,也成为了一柄悬在人类头顶的“达摩克利斯之剑”。

  与此同时,科学家们也在试图探索利用核聚变能这一新的能源。

  寻找能源新出路

  “核裂变已经被人类利用发电,但裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,放射性核废料的处理也是难题。”日前,中科院合肥研究院等离子体所常务副所长宋云涛在接受《中国科学报》记者采访时说,“相比之下,核聚变能与太阳产生的能量方式相同,原料丰富且不会产生污染,安全系数要高出很多。”

  核聚变能是用从海水中提炼氢的同位素氘、氚作为燃料,原料丰富且不会产生污染。“核聚变比裂变产生的能量更加巨大,而且没有放射性,可通过熄灭等离子体的方法终止核反应。”中科院等离子体所研究员徐国盛说,核聚变能可谓是一种取之不尽用之不竭的新能源。

  “如果人类掌握了核聚变能源,将拥有可使用上十亿年的清洁能源。”徐国盛说,因此受控热核聚变实验装置被人们称之为“人造太阳”,是地球寻找能源出路的希望。

  难以利用的幸运飞艇家伙

  尽管核聚变是一种几乎完美的能源形式,但上帝并不愿把它轻易赐予人类。

  “获得核聚变能非常困难,很多关键技术都有待进一步研发。”徐国盛说。

  比如,核聚变反应要在极高温度下才能发生,要想发生聚变就需要把氘氚燃料的温度加热到1亿摄氏度。此外,科学家还面临着等离子体湍流造成的反常输运以及如何控制各种不稳定性等一系列难题。

  “关键是如何用一个装置来维持核聚变反应所需的等离子体状态。”中科院合肥研究院副院长、等离子体所所长万宝年研究员告诉《中国科学报》记者,当前国际热门的核聚变实验装置WEST、EAST,均属超导“托卡马克”类型。

  然而,无论是WEST还是EAST,若想实现核聚变,装置必须满足两个条件。“装置系统要同时实现长脉冲和超高温两方面的需求,而且所有的部件都必须能够主动冷却。”万宝年解释说。

  遗憾的是,目前国际上能够进行长脉冲核聚变实验的装置并不多,而能实现长脉冲加热的则更是少之又少。万宝年介绍,国际上现有的托克马克装置大部分都属于短脉冲,只能维持10秒、20秒。

  “WEST、EAST都是能实现长脉冲,但是还需要有长脉冲的加热技术。”万宝年表示,中国在加热技术上已经取得了一定成果,通过国际合作,将会为未来核聚变能的发展奠定基础。

  中国学者在努力

  从当年加入国际热核聚变反应堆(ITER)计划,到现在的独立开展核聚变实验装置建设和研究,在核聚变之路上,中国正在实现从“追赶者”到“领跑者”的转身。

  2006年9月,中国自主设计建造的EAST建成,并完成了首次成功放电,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。与国际同类实验装置相比,它使用资金最少、建设速度最快、投入运行最早、运行后获得等离子放电最快。《自然》和《科学》分别对中国学者的努力作出高度评价:“中国创幸运飞艇造了聚变历史”“这里科学价值得到极大体现”。同年,中国被ITER计划吸纳为七方合作成员之一。

  今年2月,EAST物理实验实现电子温度超过五千幸运飞艇万摄氏度持续102秒的超高温长脉冲等离子体放电。4月底,我国首次向法国出口核聚变工程技术,为法国核聚变研究实验装置提供关键部件。

  “过去都是西方给我们研制装备,现在反过来,我们来帮他们研制装备。”中科院合肥研究院院长匡光力说:“如果我们自己没有很好的表现,人家也不会花大价钱来合作。”

  不仅如此,这里也变成了一块吸引人才的磁石。“现在每年上千人次的国外科学家来等离子体所开展国际合作。十年前,还是我们远赴国外跟人家学习。”宋云涛说。

  (原载于《中国科学报》 2016-05-26 第1版 要闻)