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有太阳,为什么还要人造“太阳”?


万物生长靠太阳。有没有可能在地球上造出一个“人造太阳”,它能给人类带来什么?春节前夕记者走基层,不仅走进田间地头、厂矿车间,也走进科技自立自强的大基层,来到建有“人造太阳”大科学装置的合肥科学岛,一探究竟。


高约11米,直径约8米,重400余吨,看上去像一个巨大的“罐子”,顶部飘扬着五星红旗——这就是全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)。EAST是我国“九五”期间立项的国家重大科学工程,由原国家计委在“十五”期间批准开工,“十一五”建成,目标为人类开发核聚变能源提供重要的工程和物理实验基础。


“EAST是中国自主研发的,世界上第一个全超导磁体、非圆截面托卡马克实验装置,它拥有类似太阳的运行机制,因此又有‘人造太阳’之称。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说。


有太阳,为什么还要造“人造太阳”?科研人员介绍,因为煤、石油、天然气未来有枯竭的危险,还存在一定的环境污染。而风能、水能、太阳能等新能源又受限于天气或地理条件等限制,难以满足需要。


“可能有人要问,现在不是已经有很多核电站,为什么还要造‘人造太阳’?”中科院等离子体物理研究所王腾博士说,目前的核电站采用核裂变反应,所需要的铀、钚等元素储量有限,还会产生放射性。而“人造太阳”采用的是核聚变反应,所需的原材料之一氘在地球上储量巨大,几乎取之不竭、用之不尽。


据测算,1升海水中含有的氘,核聚变反应后可以产生300升汽油燃烧的能量,生成物也没有危害。因此,核聚变能源被认为是理想的“终极能源”。


未来如果实现了“人造太阳”,能带来哪些改变?王腾说,改变可能主要有三个方面:首先是能源危机迎刃而解,能源价格将非常低廉,一些因能耗限制而难以开展的活动比如海水淡化、星际航天等,可以大规模开展,进而带来生产、生活的巨大进步。


其次,核聚变的产物为氦和中子,不排放有害气体,地球上的温室效应、酸雨、雾霾将大幅减轻乃至消失,生态环境得到改善。


第三,核聚变能源的原料从海水中就能获得,人类因能源问题引发的争端将大为减少,地球会变得更和平。


走进EAST控制大厅,记者注意到总控大屏幕上记录着已开展的核聚变实验次数:96914次。


十几年来,合计超过10000人次的中外科研工作者,在这个大科学装置上合力冲击“人造太阳”的梦想,先后实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行、电子温度1亿摄氏度20秒等离子体运行等国际重大突破,也使中国站到了世界核聚变能源研究的最前沿。


这个春节,很多科研人员不休息,将持续对EAST主机进行升级改造,为进一步提高实验目标做准备。今年,他们将挑战400秒高约束等离子体、芯部电子温度1亿摄氏度、100秒长脉冲等离子体等新目标。


“人类研究可控核聚变已超过半世纪,一代代科研人员一步步攻克技术难关,希望能早日实现‘终极能源’这个伟大目标!”王腾说。


http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/2/452954.shtm



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