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  • 上海科技报
  • 上海市科技传播学会
2018年12月05日
离永久解决能源问题更近了

我国核聚变反应研究最具代表性的项目——大科学装置“人造太阳”取得颠覆性的突破:热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦,等离子体中心电子温度首次达到1亿度。这些数据,不仅再次创造了世界记录;更意味着,中国已经具备了核聚变可控实际操作的基础。消息一经公布,立刻引起全球关注。

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三问“人造太阳”
  近日,有“人造太阳”之称的EAST装置实验获重大突破,等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度。对于公众普遍关心的问题,中科院等离子所托卡马克物理研究室主任徐国盛研究员作了解答。为什么需要将温度提升到1亿摄氏度?——1亿摄氏度高温是产生热核聚变的必要条件  EAST是等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置,是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克,也是我国第四代核聚变实验装置,它的科学目标是让氘和氚在1亿到2亿摄氏度高温条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源。  徐国盛表示,实现受控热核聚变反应至少要满足两个苛刻条件。第一,极高的温度。氘核与氚核间发生聚变反应时,温度须达到1亿摄氏度以上。这种在极高温度下才能发生的聚变核反应也称热核反应。第二,充分的约束。即将高温等离子体维持相对足够长的时间,以便充分地发生聚变反应,释放出足够多的能量。  “打个比方,我们就是用一个‘磁笼子’来装上亿摄氏度高温的等离子体,这个磁约束难度很大,不过我们已经成功地做到了。 ”徐国盛说,“2008年3月超导托卡马克物理实验连续重复实现了长达400秒的高温等离子体放电,电子温度超过1000万摄氏度,2016年等离子体中心温度达到5000万摄氏度,2017年达... 【详情】
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能否永久解决能源问题
  一个文明有多先进,很大程度上取决于这个文明对能源的利用效率。所谓的“人造太阳”并不是真的造一个太阳,真正的本体是可控核聚变。人类若想要走出大气层进入群星之间,核能这棵科技树是一定要点亮的。原因很简单:地球上没有任何能源的能量密度能与核能媲美。同样体积的燃料,核能释放的能量足足是化石能源的几百万倍。  核聚变有两点好:干净卫生,量大管饱。核聚变的燃料是海水里面氢的同位素—氘和氚。如果用爱因斯坦的公式E=mc2计算的话,1升海水可提炼出1/6克氘,其聚变后放出的能量相当于300L汽油燃烧释放的能量,它可以让1000个聚变电站使用上百亿年,可以说该资源是无限的,而且无辐射,基本上可以认为是一种无污染的能源。  1776年,詹姆斯·瓦特制造出第一台有实用价值的蒸汽机,开辟了人类利用化石能源的新时代,标志着工业革命的开始。可控核聚变一旦成功,人类将进入下一纪元,历史也将从此刻分为两段。化石能源时代的缺煤少油、停电限电的尴尬将一去不返。  人类自诞生之日起的所有种内竞争,归根结底都是能源的再分配问题,从更宏观的角度看,所有生物的种间、种内竞争都是能源的再分配问题,无限的能量源真的可以解决分配问题。可控核聚变的成功,标志着人类开始摆脱能源束缚,而无限的能源可以作为实现共产主义的第一步。... 【详情】
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世界会发生什么变化
  太阳这类恒星就是核聚变的代表。人类已经完美掌握了可控核裂变,建起了无数核电站。核聚变也在氢弹上得以实现,但可控核聚变还停留在实验阶段,目标就是能够让核聚变像“小太阳”一样稳定发光发热。当前大多数可控核聚变反应持续时间只能以毫秒计算,而我国目前技术走在世界前列,已经设计出了以分钟计的核聚变装置,但距离真正实际应用还有很长的路要走。  一旦真正突破难关,就意味着能源几乎可以无穷无尽了,因为核聚变原料在每升海水中含有0.03克氘,经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。从海水中可以源源不断提取,月球中也含有大量氘元素。  首先从日常生活来说,一旦人类突破了可控核聚变,地球上的能源危机当然就不复存在;燃烧石油等碳基能源所造成的温室效应,也会得到有效的治理。所有的供电设备、手机等等,就可以统统采用无线供电的方式。目前无线供电的最大问题就是损耗太大,损耗1度电,真正用上的半度都不到。如果能源无穷无尽,那么就可以不在乎这些损耗,无线供电网络实现全覆盖,所有的用电设备都不再使用电线,连电动汽车也可以在路上边跑边充电,燃油机车可以完全淘汰。  进而,所有的生产方式都会发生天翻地覆的变化,燃煤燃油时代的终结,可控核聚变也没有污染,环境必然会越来越好。  最终,星辰大海的目标也不再遥远,人类将开启太空时代。目前人类探索太空的限制主要是缺乏充足、可靠的能源供应,有... 【详情】
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磁约束惯性约束国际领先
  我国磁约束人造太阳突破1亿度的消息引起广泛关注。所谓人造太阳就是效仿太阳的核聚变原理,为人类提供取之不尽用之不竭的能源,并且这些能源是非常清洁不会污染环境的能源。  想实现核聚变的原理,必须要产生极大的温度,这种温度世界上任何材料都无法承受,所以至今的人造太阳用两种方法解决这个难题。一种是利用磁场约束,另一种是激光惯性约束。迄今为止,我国不光已经研制出第四代磁约束人造太阳,惯性约束早在60年代就和国际上同步提出和研究。  我国著名科学家王淦昌先生在60年代与国外科学家同期独立提出,利用激光照射氘氚产生中子的实验建议。别忘了我国1967年就研制成功氢弹,那时候我们就开始研究核聚变,只是当时中国条件十分艰苦。正是因为那些老前辈的付出,才使我国在核聚变技术上一直保持第一梯队。  惯性约束的优点是可以小型化、适合在未来用于飞行器等领域,但缺点是需要消耗大量产生激光用来点火。磁约束的优点是持续性好不需要反复点火,但缺点是无法小型化。我国的惯性约束人造太阳也已经从神光一发展到神光三,但成果暂时没有披露。  一旦人类可以完全利用人造太阳,那么人类可能迈进新的一级文明,但是前提条件是完全掌握并利用聚变技术。并且各种领域都将迈上新的台阶,就连气候变暖和淡水问题都将得到解决,因为气候变暖的主要原因就是石油和煤炭所释放的二氧化碳,海水淡化也是因为电费占大部分成本的原因。... 【详情】
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拥有能源新时代话语权
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2个人造太阳,一个在合肥,另一个在成都,分别叫合肥超环和中国的环流器1号。为什么要人造一个太阳?  上世纪30年代初,核聚变原理就被科学家们提出,该原理简单却引人入胜。  两个自然界中随处可见的轻核结合在一起,就可以放出巨大的能量,而且还不产生任何污染物,这简直是人类理想的终极能源形势。随着科技发展,科学家们认识到,氢的两种同位素,氘(dāo)和氚(chuān)之间的聚变反应,是最容易实现的聚变形势。然而,核聚变产生巨大破坏力的同时,也带来取之不尽的巨量能源。也就是说,谁能掌控好核能源,谁有拥有新能源时代的话语权。  所以,在核裂变反应堆开始源源不断为人类提供核电时,科学家们就开始考虑研究核聚变反应堆,并期望在不久的将来实现聚变反应堆发电,一劳永逸地解决人类的能源问题。中国的核聚变之路  上世纪80年代中期,美苏关系缓和,美、苏、欧、日一商量,开始联合探索,这就是ITER计划(国际热核聚变实验堆)。  国内有战略眼光的科学家当然也不甘心我们国家被国际社会抛弃,一方面列入863计划自己搞,一方面申请加入ITER,结果屡次遭拒。  中国的思路是一边申请加入IT... 【详情】
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“人造太阳”意味着什么
  “人造太阳”拥有可持续、清洁、安全等优点,因而被视为进入第四次工业革命的最强大的基石之一。  “人造太阳”指的是全超导托卡马克核聚变试验装置。中国的“人造太阳”又称为“东方超环”,是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克,也是中国第四代核聚变实验装置。  尽管“人造太阳”进入生活可能还需数十年,但是,中国的“人造太阳”在全球首次实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行。这既为国际热核聚变试验堆(ITER)和未来中国聚变工程试验堆(CFETR)的建设和运行打下基础,也是热核聚变试验堆的一个里程碑。  人造太阳是清洁能源的代表,既安全,又取之不尽。其与现有的核能(核电站)并非一回事,它们的区别在于,前者是利用核聚变,后者是利用原子核裂变反应的能量来发电或作为动力驱动,如核动力航母等。  但是,核电站的核能存在核废料的处理、核辐射、核燃料铀的开采和提料难等问题,安全问题更是笼罩在人们心头的阴影。  与之相比,人造太阳的安全问题可以控制,而且聚变产物没有放射性。由于聚变反应需要的条件比较高,一旦发生事故,造成反应的等离子体约束破裂,聚变反应便会终止。因此,聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。  另外,聚变原料取之不尽,其主要燃... 【详情】