“種個太陽”,有多難?

昨天,中國可控核聚變技術取得重大進展,新一代人造太陽“中國環流三號”首次實現原子核和電子溫度均突破一億度,綜合引數大幅躍升。
中國“人造太陽”實現雙億度,簡單解釋一下,就是可控核聚變裝置中的電子和原子核溫度同時突破1億度。
電子溫度達到1.6億度,原子核溫度1.17億度,電子可以把能量傳遞給原子核,提高整個離子流的溫度 。大家都知道,核聚變容易,“可控”難。核聚變其實就是要用高溫高壓把不同原子核“壓”到一起去,聚變出新的元素。氫彈就是核聚變,但它是靠裂變向心核爆造成的高溫高壓來推動聚變的,那是一錘子買賣,能量瞬間爆發,爆完就沒了 ,不可控;太陽這樣的恆星其實就是個巨型可控核聚變反應堆,恆星有著巨大的質量,所以它內部有著極高的溫度和壓力,源源不斷的核聚變水到渠成。可控核聚變,可以看做是創造一個“人造太陽”,我們需要用極高的溫度和極強的約束力來保證這個“太陽”內長期的高溫高壓,並且能夠源源不斷輸出能量。
可控核聚變也可以比做“煉丹”,古代鍊金神話中,把不同的元素丟進煉丹爐 ,最後能夠煉出“金丹”,需要極高的溫度(三味真火),需要極強的容器(九宮八卦爐)……所以,可控核聚變,溫度是關鍵,容器更是關鍵。
可控核聚變理論中有個“聚變三乘積”,燃料等離子溫度、等離子體密度和能量約束時間,這三項引數的乘積達到一定數值就可以實現核聚變反應,首先需要上億攝氏度的高溫,因為只有溫度特別高,原子核才會‘跑’得更快。其次是等離子體的密度要足夠高,這樣原子核之間碰撞發生聚合反應的機率就會提高。最後要長時間地控制住這些原子核,要將高溫高密度的核反應條件維持足夠長的時間。只有這樣才能夠使核聚變發生並且持續下去。咱們的可控核聚變研究取得了大量高新技術成就——1、自主研製的高功率微波迴旋管成功投入執行,最高注入功率達 2.5MW,掌握了穩定獲得電子內部輸運壘的控制技術,實現電子溫度 1.6 億度。2、是建成並投運 2 套具有完全自主智慧財產權的高功率中性束注入加熱系統(提升原子核溫度的核心裝置),單條束線最大功率達 7 兆瓦。3、成功突破高壓電源的多項核心技術,自主研製的高壓電源最高可實現 120kV 的直流輸出,精度優於 1%。
其實就在今年年初的時候,中國的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)就實現了上億攝氏度、持續1066秒的穩態高約束模等離子體執行;現在“中國環流三號”又實現了“雙億度”。這意味著咱們已經跨過了溫度和約束時間的壁壘,可以進行燃燒實驗了……目前,全世界能夠做燃燒實驗的國家,只有我們了。說得更明白一點,前期試驗已經完成,不久之後,咱們可以嘗試搭建“煉丹爐”(聚變反應堆)了。


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