中国人造太阳核心装置将于今年建成,科学家这句话太燃了

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据@中国核工业集团有限公司消息,中国#人造太阳#环流器二号M装置将于今年建成,有望将电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培。一公升海水里提取的氘,在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量,是可供人类使用上百亿年的未来终极能源。

攻坚此项研究的中国科学家坚信:“如果将来有一盏灯会被聚变之能点亮,我相信这盏灯一定、也必须在中国!”

人造太阳:受控的核聚变装置

大家都知道太阳,但什么是人造太阳?看过钢铁侠的人都知道,钢铁侠里面有一个人造太阳叫托卡马克,像一个磁线圈一样。如果把气体加热到上亿度,它就会发生聚变,可以像太阳一样发出巨大的能量。

如果是现实版的托卡马克的话,中国有两个人造太阳,一个在合肥,另一个在成都。

太阳为人类产生了很多光和热,万物生长靠太阳。我们想要实现聚变,一个不可控因素就是氢弹。氢弹不能轻易地爆炸,要用原子弹去把它点一下,点到上亿度以后才有可能发生爆炸。

为什么要人造一个太阳?

那么怎样能够实现人造太阳?要把上亿度的温度装到任何容器上都会顷刻之间烟消云灭。于是科学家就想了一个办法:把一团火球——上亿度的等离子体,用磁的方法把它悬浮起来,跟周边的任何容器材料不接触,这个时候就可以把它加热、控制,进而造出太阳。它的模样就像你们吃的甜圈圈。

用这些非常复杂的仪器把上亿度的东西放在中间持续地加热,讲讲很容易,但实际操作非常难。

首先我们需要巨大的磁场,这个磁场要比地球南北级的磁场高两万倍以上,磁场越强越容易收得住。人类之所以没有遭到来自太阳风这种粒子的损害,主要就是靠磁场把这种带电粒子无形之间屏蔽起来。

所以现在要做的就是产生比地球高上万倍的磁场,让这团气体悬浮起来。用的燃料是什么?是海水里面氢的同位素——氘和氚。海水里面的氘有多少呢?它可以让一千个电站使用上百亿年,也就是说该资源是无限的。如果用爱因斯坦的公式计算的话,一杯水里面产生的氘和氚是E=mc2 ,相当于300公升汽油。

它的好处在哪里?首先它没有高放的废料,而我们现在用的裂变电站都是化石燃料,尤其是235,238。一旦发生事故,就会有长达上百万年的放射性废料。

聚变的产物是什么?就是能源中子和氦气。氦气是非常清洁的,为什么说聚变是固有的安全性?它导致事故的概率非常小,只有同时碰到地震和海啸才有可能发生,或许上万年才会出现一次。但现实中最有可能发生的不是这个,而是恐怖分子——可能恐怖分子开个飞机就把它炸了,但聚变电站不怕,因为它聚变的产物就是氦气,只要一停机就没有了。

总结一下,作为资源来讲,它是无限的同时又是清洁的,所以长期以来被科学家认为是未来人类终极能源之一,可以大规模生产。未来可能有20%的可再生能源,但最大规模的一块,即80%一定是靠聚变来维持的。

这个太阳怎么造?

一个一百万千瓦的电站,上海一年大约只需要两个。聚变电站需要多少东西呢?一年一个电站只需要一百公斤的重水和锂;如果换成煤电站的话,一个一百万千瓦的电站需要50万吨煤;如果是核电站的话就需要30吨。

(聚变堆工作原理 图片来源于李建刚)

▲聚变堆工作原理 图片来源于李建刚

这就是聚变电站的原理。首先你要有磁笼子,用它形成一个等离子体,再用非常高的温度把它加热到上亿度,加热到上亿度以后就会产生氦和中子,中子就跑到包层材料里进行加热。加热以后,我们通过水把它转换成蒸汽,再通过蒸汽把电给发出去。这就是一个简单的聚变发电原理。

人类在这个方向一共做了50年,进展还是挺大的。我们知道,计算机每1.8年CPU的速度翻一倍,而聚变的发展速度基本上能做到跟它一样快,甚至比它快两个月,差不多16-17个月左右的时间,它的综合参数也能够翻一倍。

聚变最大的问题就是离实现还很遥远,没有像计算机这样家喻户晓。但可以说,聚变在过去50年中已经发展得非常非常快了。几个代表性的成就是在一些发达国家,像美国、欧洲和日本,他们在一些大装置上都同时实现了可控的核聚变。

从能源的需求来讲,中国比任何一个国家都需要能源。上世纪90年代初我们提出这个想法,在全世界率先做一个全超导的托卡马克叫“东方超环”,能够长时间地做到上亿度,比太阳心部的温度还要高五六倍!

在九五大工程的国内一百多个提议中,该提议终于胜出,然后我们就开始做这样的装置。


(核导 图片来源于李建刚)

▲核导 图片来源于李建刚

60年内实现商用

未来中国的聚变到底怎么做?咱们的聚变到底什么时候才能实现?

我们现在正在做实验装置、参加ITER,但是希望十年以后能建造中国自己的工程堆,这样才能够验证发电。有了这个东西以后,在50年到60年之间就能商用化。

这是中国科学家设计的中国工程聚变堆,里面有一个主机装置。这个设计象征着大鹏展翅腾飞,象征着人类追求聚变的梦想,象征中华民族腾飞的梦想。

经过二三十年的努力,真正的人造太阳会冉冉升起,对中国来讲,聚变的需求比任何一个国家都急迫。

50年前,人类就有个梦想——希望实现人造太阳。希望让没有被文明照亮的地方被聚变能点亮。

作为中国人,希望第一个聚变电站是最好的,而且要建在中国。

编辑:沈湫莎

责任编辑:顾军

来源:SELF格致论道讲坛”公众号、环球时报