中國“人造太陽”實現1億度運行,這可能是永久解決能源問題的黑科技

2020-04-03 10:41:00 | 來源:風聞社區 | 參與: 0

  文章來源:SELF格致論道講壇

  近日,我國大科學裝置“東方超環”取得重大突破,等離子體中心電子溫度首次實現1億攝氏度運行近10秒。“東方超環”是我國自主設計研制的磁約束核聚變實驗裝置,也被稱為“人造太陽”,因為它的目標就是像太陽一樣發生核聚變為人類提供能源。

  與2018年首次實現1億度溫度相比,這次的創舉實際上是將1億度維持了近10秒,是東方超環取得的重大突破。如果能較長時間維持1億度的高溫,那人類距離解決核聚變商業化應用真的就不遠了。“人造太陽”究竟怎么造?聽中國工程院院士李建剛講述34年“追逐太陽”之路。

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  李建剛

  中國工程院院士

  中科院等離子體物理研究所研究員

  人造太陽 受控的核聚變裝置

  大家都知道太陽,但什么是人造太陽?看過鋼鐵俠的人都知道,鋼鐵俠里面有一個人造太陽叫托卡馬克,像一個磁線圈一樣。如果把氣體加熱到上億度,它就會發生聚變,可以像太陽一樣發出巨大的能量。

  如果是現實版的托卡馬克的話,中國有兩個人造太陽,一個在合肥,另一個在成都,分別叫合肥超環和中國的環流器1號。

  太陽為人類產生了很多光和熱,萬物生長靠太陽。我們想要實現聚變,一個不可控因素就是氫彈。氫彈不能輕易地爆炸,要用原子彈去把它點一下,點到上億度以后才有可能發生爆炸。

  為什么要人造一個太陽?

  那么怎樣能夠實現人造太陽?要把上億度的溫度裝到任何容器上都會頃刻之間煙消云滅。于是科學家就想了一個辦法:把一團火球——上億度的等離子體,用磁的方法把它懸浮起來,跟周邊的任何容器材料不接觸,這個時候就可以把它加熱、控制,進而造出太陽。它的模樣就像你們吃的甜圈圈。

  用這些非常復雜的儀器把上億度的東西放在中間持續地加熱,講講很容易,但實際操作非常難。

  首先我們需要巨大的磁場,這個磁場要比地球南北級的磁場高兩萬倍以上,磁場越強越容易收得住。人類之所以沒有遭到來自太陽風這種粒子的損害,主要就是靠磁場把這種帶電粒子無形之間屏蔽起來。

  所以現在要做的就是產生比地球高上萬倍的磁場,讓這團氣體懸浮起來。用的燃料是什么?是海水里面氫的同位素——氘和氚。海水里面的氘有多少呢?它可以讓一千個電站使用上百億年,也就是說該資源是無限的。如果用愛因斯坦的公式計算的話,一杯水里面產生的氘和氚是E=mc2 ,相當于300公升汽油。

  它的好處在哪里?首先它沒有高放的廢料,而我們現在用的裂變電站都是化石燃料,尤其是235,238。一旦發生事故,就會有長達上百萬年的放射性廢料。

  聚變的產物是什么?就是能源中子和氦氣。氦氣是非常清潔的,當年習總書記實地參觀時就問:為什么說聚變是固有的安全性?那時候距離福島發生核事故剛剛一個月。

  它導致事故的概率非常小,只有同時碰到地震和海嘯才有可能發生,或許上萬年才會出現一次。但現實中最有可能發生的不是這個,而是恐怖分子——可能恐怖分子開個飛機就把它炸了,但聚變電站不怕,因為它聚變的產物就是氦氣,只要一停機就沒有了。

  總結一下,作為資源來講,它是無限的同時又是清潔的,所以長期以來被科學家認為是未來人類終極能源之一,可以大規模生產。未來可能有20%的可再生能源,但最大規模的一塊,即80%一定是靠聚變來維持的。

  這個太陽怎么造?

  一個一百萬千瓦的電站,上海一年大約只需要兩個。聚變電站需要多少東西呢?一年一個電站只需要一百公斤的重水和鋰;如果換成煤電站的話,一個一百萬千瓦的電站需要50萬噸煤;如果是核電站的話就需要30噸。

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