人造太陽:為開發(fā)核聚變能源探路
眼下,合肥科學島春光無限、生機盎然。小島的中間地帶,矗立著一座外形酷似宇宙飛船的大樓——中國科學院合肥研究院等離子體所;大樓深處,有一個大科學裝置——全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(中文名為東方超環(huán),簡稱EAST),俗稱“人造太陽”。 這座由我國自主設計、自主建造的核聚變實驗裝置,多次創(chuàng)造出等離子體運行的世界紀錄,代表著我國磁約束聚變研究在高溫等離子體運行物理和工程方面的研究水平,為全人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術基礎。 “人造太陽”長什么樣?何時能造福人類?前不久,記者進行了實地探訪。 一旦人類掌握了核聚變能,將擁有可使用上百億年的清潔能源 盡管提前做了一些功課,當真正來到“人造太陽”面前,這個龐然大物依然讓人震撼。裝置主體高11米、直徑8米、重達400噸,周圍供電、冷卻等輔助設備林立。其核心結構是一個像面包圈的環(huán)形磁容器“托卡馬克”。 探訪當天,“人造太陽”并未進行實驗。大約十幾名科研人員手持檢測工具,在裝置主體上下攀爬,進行設備維護和更新。裝置零件數量巨大,材料和工藝完全依靠自主研發(fā)。從2006年建成至今,裝置每年都會進行保養(yǎng)和零部件更新換代,確保實驗的順利進行。 俗話說萬物生長靠太陽。在太陽內部無時無刻不在發(fā)生著核聚變,為大自然帶來最普遍的能量來源。所謂“人造太陽”,是指充分利用這個科學原理,在地球上建造一套核聚變裝置,像太陽一樣發(fā)生核聚變反應,從而源源不斷地產生能量。嚴格意義上講,“人造太陽”的稱謂并非專屬于東方超環(huán),凡是應用了類似原理的裝置,都能這么稱呼。 “人造太陽”重要性體現在哪里? 這要從核聚變能的優(yōu)點說起。相比核裂變,核聚變沒有放射性。氘和氚反應的生成物是氦氣,對環(huán)境無害,一旦造成反應的等離子體熄滅,聚變反應會終止。核聚變的原料儲量也很豐富,氘可以直接在海水中提取,氚則可以通過中子和鋰反應產生。據估算,一升海水中提煉出來的氘經過核聚變反應釋放出的能量相當于300升汽油完全燃燒釋放的能量。核聚變能憑借資源無限、清潔環(huán)保,不產生高放射性核廢料等優(yōu)點,是目前認識到的、可以最終解決全球能源問題的重要途徑之一。一旦人類掌握了核聚變能,將擁有可使用上百億年的清潔能源。 東方超環(huán)這座大科學裝置對實現核聚變能有什么貢獻? 中科院合肥研究院副院長、等離子體所所長宋云濤介紹,這座大科學裝置的科學目標,正是從前期基礎研究出發(fā),對受控核聚變相關的前沿物理問題展開探索性實驗研究,既著眼物理理論突破,同時驗證工程上的可行性,為將來打造真正的商業(yè)聚變堆、電站打下基礎。 太陽發(fā)生核聚變,主要依靠星球引力約束等離子體。可地球上沒有那么大引力,要想讓能量不失控,就需要借助磁場來約束。受控熱核聚變的實現離不開超高溫、超低溫、超強磁場、超大電流、超高真空的極限環(huán)境,科學家們用磁場做成“托卡馬克”這座“磁籠”,牢牢將高溫物質控制住,磁場外面用真空隔絕,保護裝置材料不被燒毀。 盡管主流可控核聚變方式不止有磁約束這一種,還有慣性約束、引力約束等,但磁約束在實驗室條件下接近成功,也是國際上主流的研究方向。因此,托卡馬克核聚變實驗裝置被公認為是探索、解決未來穩(wěn)態(tài)聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑,是地球尋找聚變能源出路的希望。 在東方超環(huán)這座大科學裝置的牽引下,衍生出一系列創(chuàng)新成果 |