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众所周知,全球七十多亿人无时无刻不在“消耗”各种不可再生资源,在资源枯竭的全球现状下,寻求其他更高效能源也成为诸多国家的重心。
而除了地球新能源的勘探、外星球的能源探测外,人类依靠高科技人为制造的“核能”更成为了重中之重。
就核裂变技术而言,显然在经历了全球早期的多个核泄漏事件后,已经变得更加成熟。
但与之相对的核聚变来说,直至现在依旧没有任何一个装置能成功点火。难道核聚变真的成为了一道人类不可逾越的难关?显然不是!
10月19日下午,我国可控核聚变研究再创佳绩,迎来好消息:中国最新一代“人造太阳”(HL-2M)科学研究取得了突破性进展,等离子体电流成功突破100万安培,创造我国该装置运行的最高、最新记录。
我国可控核聚变研究取得如此大进步可喜可贺,那么全球而言其他运行装置情况又发展到哪一步,我国究竟领先了多少?
此外,我国的“人造太阳”从100万安培到稳定运行甚至成功点火,究竟还需要多久呢?归根到底,这些都是很多人都十分关心的问题。
放电和点火有何区别?全球的其他核聚变装置发展情况如何?
首先,我们需要了解一点的是,核聚变和核裂变是完全不同的运行原理。
核裂变就不过多赘述,而就核聚变来说,其原理是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,而在这过程中释放出能量的过程。
人类要做的就是通过这一过程,将释放的能量利用起来,用于人类的生产生活所需。
值得注意的是,这一原理也是早有模型,像太阳散发能量的原理就是核聚变,并且已经持续了50亿年,而这也成为诸多科学家一开始研究时候觉得可行的现实验证。
并且从长远发展来看,核裂变会产生冷却废水、核废料对人类、环境都会产生污染,而核聚变则是完美避开了这一缺陷,因此从上个世纪50年代开始中国和全球其他国家就已经开始着手研究这一装置。
也正是基于此,中国在参与ITER国际核聚变实验堆计划之余,也在积极开展自己的核聚变研究:全球首个全超导托卡马克装置——EAST全超导托卡马克装置(简称EAST装置),以及目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置——HL-2M。
首先就全球范围的核聚变研究装置来说,无论是上文提到的实验堆,还是说英国Tokamak Energy(托卡马克能源公司)最新的聚变反应堆,目前研究进展都仅限于放电,而非点火。
放电和点火虽然字数都只有两个,但是意义却完全不一样。
首先放电来说,它也称为等离子体放电,等离子体又称电浆,是物质的第四态,也是宇宙中物质最主要的正常状态。
就核聚变领域来说,它成为未来纯聚变能源商用化目标实现的先决条件。
而点火,则是指在聚变能持续进行发生反应且有稳定、足够的能量输出。当然,目前来说这一步还有哪个聚变装置能真正实现。
中国“人造太阳”HL-2M有多牛?中国或成首个成功国家!
“人造太阳”HL-2M,该项目于2009年由中国核工业集团西南物理研究院(SWIP)自主设计建造,2020年12月在成都启动并实现首次放电。
它是我国的新一代“人造太阳”,和EAST相比,EAST的主要特点是实现稳态长脉冲放电,约束时间长,而HL-2M装置则是追求堆芯级高参数放电,因此它们的定位就不同。
按照研究,它拥有强大的磁场约束等离子体发生核聚变反应,最高的核心温度可达1.5亿摄氏度,可达太阳核心温度的十倍。
就此次刷新纪录来说,HL-2M已经达到100万安培,也就是1兆安,这意味着已经有了实现聚变能源的必要条件。
而为了长远在兆安级电流下稳定的运行,HL-2M装置的设计是等离子电流能力在2.5兆安以上,这意味着未来该装置在1兆安条件下常规运行成为可能。
此外,这不仅创造了我国可控聚变装置运行地新纪录,还标志了我国核聚变研究从放电到点火又迈进了重要一步,在全球都是前列,属于第一方阵。
与此同时,这也对于我国一直都在参与的国际热核聚变实验堆(ITER)实验及自主设计运行聚变堆具有重要意义。
现目前来说,若真的一切顺利按照设想,ITER从2007年建设,预估会在2025年第一阶段测试并在2040年前投入运行。而HL-2M无疑就是国际上另一大重大项目,它和我国的EAST装置形成互补。与此同时,ITER目前的实验数据主要来源也是我国的EAST。
而从美国的一份研究报告可以知道,他们的最高限度是产生35亿度的高温和290太瓦的电量,显然这样的数据是远超我国。
但是它却有一个致命缺陷,那就是仅仅停留在试验阶段,并且还不能完整地产出。
从以上多个角度来说,这也就意味着从国家角度出发,我国或许能成为首个成功的国家,甚至也用不了6年之久提前实现。
若真的如此,不仅是我国就连全球都将受益,而人类也终于有了资源枯竭的解决终极方案。
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