【合肥科学岛人造小太阳】合肥科学岛研制成功“人造小太阳”

2019-11-09 - 人造小太阳

距离当年氢弹爆炸50多年了,尽管世界上许多国家建起了核电站,人类仍然没有看到一座核聚变发电站的出现。核聚变电站的诱人前景依然是人们心中一个割舍不去的梦。50年来,全世界都在为建立一个能够控制核聚变的装置而努力。

【合肥科学岛人造小太阳】合肥科学岛研制成功“人造小太阳”
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在30多个国家建造的大大小小上百个实验装置上,每一次放电时间的延长人们都为之兴奋;每一次温度的提高人们都为之欢呼。因为这看似小小的进步意味着我们离聚变能的应用更近了一步。今年5月,中科院等离子物理所建成的全超导的托克马克试验装置(EAST,俗称人造小太阳),在合肥科学岛调试成功,掀起了全世界对未来“人造太阳”的极大关注。

【合肥科学岛人造小太阳】合肥科学岛研制成功“人造小太阳”
【合肥科学岛人造小太阳】合肥科学岛研制成功“人造小太阳”

EAST是世界上第一个具有非圆截面的全超导托卡马克,也是具有国际先进水平的新一代核聚变实验装置。“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”工程于1998年7月正式立项,2000年10月正式开工建设,国家投资1.65亿元。其自主研发部分大于90%,实现了安装调试运行放电一次成功。

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“人造太阳”不是挂在空中的太阳

“不少人对‘人造太阳’这一科研项目不了解,认为它是悬挂在空中的‘太阳’,是用来解决照明问题的。这是公众对‘人造太阳’的误解。”专家告诉记者,“人造太阳”是建造在地面上的受控热核聚变反应堆或核聚变电站,它能像太阳一样通过核聚变反应放出能量,进而发电。

【合肥科学岛人造小太阳】合肥科学岛研制成功“人造小太阳”

核聚变反应能量巨大,但只在瞬间进行,很难持续。“人造太阳”项目就是要利用强大的磁场约束高密度的等离子体,将核聚变反应控制在磁场组成的容器内持续发生。这种受控热核聚变反应,科研人员正在攻关。其主要途径就是通过托卡马克装置,把氘氚的聚变燃料加热到4亿到5亿摄氏度,然后发生聚变反应,稳定提供巨大的能量。“我们的使命就是赶在石油、煤等化石能源枯竭之前,找到可以替代的新能源。”专家说。

“人造太阳”不同于现在的核电

“人造太阳”和普通的核电有什么不同?专家告诉记者,现在的核电是通过裂变的方式产生能量,其使用的燃料为铀。而“人造太阳”是通过核聚变的方式释放能量,其燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘。

目前核电站有两方面的难题:一个是地球上所蕴藏的铀矿,作为核燃料只能用60年左右;另外是在使用铀矿的过程中,容易产生一些高放射性的废物。废物的寿命非常长,即使几千、上万年仍然有放射性,对人类的环境会造成污染。而核聚变燃料来自海水,藏量非常丰富,并且对环境没有污染。

我国技术处于世界前沿

研究“人造太阳”,关键是其研究装置。上世纪,一些发达国家纷纷兴建托卡马克装置,进行“人造太阳”的研究。我国也在上世纪70至90年代在合肥、成都等地兴建了数座托卡马克装置,进行核聚变实验研究。由于技术局限,全球现有“人造太阳”实验装置放电的时间很短,最长只有4分钟。

上世纪末,美国、日本、印度等国家开始研制全超导核聚变实验装置。我国从1998年起,也将这一项目列为“九五”期间六大科学工程之一,加紧在合肥部署和研制。坐落于中国科学院等离子体物理研究所的“人造太阳”核聚变实验装置EAST,由中国专家自主设计而成。如今EAST装置放电时间已达300多秒,正在向1000秒的目标迈进。中国人在核聚变实验领域站到了世界前沿。

商业运行后发电量够用数亿年

地球上的铀矿,作为核燃料只能用60年左右。作为“人造太阳”燃料的氘,其蕴藏量如何?“人造太阳”维持的时间有多长?

专家介绍说,核聚变反应燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘。1升海水里提取的氘,在完全核聚变反应中所释放的能量,相当于燃烧300升汽油释放的热能,那么每年只需要从海水中提取304升的氘就可以产生1000兆瓦的电量,照此计算,地球上仅在海水中就含有45万亿吨氘,足够人类使用上百亿年。另外只要停止核燃料的供应,聚变过程就会停止,就好像厨房里的煤气灶,关掉阀门就灭火,使用十分安全。

真正造福人类尚需时日

“人造太阳”何时真正造福人类?专家介绍说,虽然“人造太阳”的奇观已经在实验室中初现,但离真正的商业运行还有相当长的距离,它所释放的电能在短时间内还不可能进入寻常百姓家。

科学家们预计,如果国际热核聚变实验反应堆这一装置10年能如期建成,示范聚变堆有望在2040年前投入运行,2050年前后聚变电站可实现商用。

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