就在今年4月份,我國(guó)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄,成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒 。
這么說(shuō)聽(tīng)起來(lái)有些像天書(shū),簡(jiǎn)單的概括就是四個(gè)字:人造太陽(yáng)。
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眾所周知,人造太陽(yáng)一直被世界各國(guó)所關(guān)注,并且投入大量的資金進(jìn)行研發(fā)。
一旦成功,將會(huì)對(duì)人類(lèi)能源產(chǎn)生顛覆性的影響,毫不客氣的說(shuō),人造太陽(yáng)可以讓我國(guó)直接擺脫能源問(wèn)題,如果實(shí)現(xiàn)商用,那將會(huì)是所有行業(yè)的一種革新。
也正是因?yàn)檫@種巨大的潛在價(jià)值,因此全世界都在努力想要研究人造太陽(yáng)的可行性。因此國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生,而開(kāi)頭提到的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置也是基于此目的進(jìn)行建設(shè)。
那么這個(gè)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃又是什么呢?
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國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)
它是全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一,旨在開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證聚變能作為未來(lái)清潔能源的可行性。
ITER計(jì)劃建造一個(gè)大型聚變反應(yīng)堆,以實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)并釋放出大量的能量。
這個(gè)項(xiàng)目于2006年啟動(dòng),由歐洲、美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)、韓國(guó)、印度和日本等35個(gè)國(guó)家組成的合作伙伴共同參與。
該項(xiàng)目的總部位于法國(guó)普羅旺斯地區(qū)的卡迪亞赫。
ITER計(jì)劃使用聚變技術(shù),通過(guò)將輕元素(如氫)在高溫和高壓條件下融合,釋放出巨大的能量。聚變反應(yīng)類(lèi)似于太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變過(guò)程。
與傳統(tǒng)的核能反應(yīng)堆不同,聚變反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生大量的高活性廢物,而且燃料供應(yīng)充足且廣泛可用。
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ITER的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)堆的可持續(xù)、穩(wěn)定和高效運(yùn)行,并為未來(lái)商業(yè)化聚變能發(fā)展提供重要的技術(shù)驗(yàn)證。
該項(xiàng)目的建設(shè)和研發(fā)工作預(yù)計(jì)將持續(xù)數(shù)十年,直到實(shí)現(xiàn)可控的聚變反應(yīng)。
只是這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重超支以及超限的問(wèn)題。
原計(jì)劃十年完成的項(xiàng)目,至今已經(jīng)過(guò)去了17年,而在最初十年時(shí)間里,這個(gè)項(xiàng)目總投資達(dá)到了63億美金,約449億人民幣。
可見(jiàn)這個(gè)項(xiàng)目就是一個(gè)燒錢(qián)機(jī)器,而現(xiàn)在各個(gè)國(guó)家依然還看不到實(shí)現(xiàn)商用的希望。
近日有媒體稱(chēng),這項(xiàng)計(jì)劃已經(jīng)陷入“泥潭”,各個(gè)國(guó)家或無(wú)力繼續(xù)支付巨大的研發(fā)成本,如果這個(gè)計(jì)劃無(wú)力維系,也許會(huì)成為全球最大爛尾工程。
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全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)
相比起這個(gè)項(xiàng)目的不可控性,我國(guó)自主研發(fā)的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置就顯得靠譜了很多。
全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)簡(jiǎn)稱(chēng)“人造太陽(yáng)”,采用了托卡馬克裝置的設(shè)計(jì),這是一種用于控制和維持高溫等離子體的磁約束裝置。
EAST的主要目標(biāo)是研究核聚變等離子體物理、等離子體控制以及與聚變材料相互作用等關(guān)鍵問(wèn)題。
其研究重點(diǎn)包括探索高溫等離子體的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行、聚變物理基礎(chǔ)的深入研究以及相關(guān)工程技術(shù)的驗(yàn)證。
EAST是目前世界上最大、最先進(jìn)的全超導(dǎo)托卡馬克裝置之一。
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它利用超導(dǎo)磁體技術(shù),其中包括超導(dǎo)螺管、超導(dǎo)環(huán)和超導(dǎo)螺旋線(xiàn)圈,以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的磁場(chǎng)約束。
這種設(shè)計(jì)可以在等離子體中維持足夠高的溫度和壓力,使核聚變反應(yīng)得以發(fā)生。
2018年,EAST實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體運(yùn)行等多項(xiàng)重大突破,2021年,EAST再一次創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行,將1億攝氏度20秒的原紀(jì)錄延長(zhǎng)了5倍。
同年的12月份,全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行,這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間。
由此可見(jiàn),我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目,遠(yuǎn)比國(guó)際合作來(lái)得更加靠譜。
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃的誕生
當(dāng)然,并不是說(shuō)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃就一無(wú)是處,相反它成立的初衷是非常美好的。
該計(jì)劃的前因可以追溯到20世紀(jì)初期,當(dāng)時(shí)科學(xué)家們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到核聚變是一種潛在的清潔、可持續(xù)能源解決方案。
與核裂變不同,核聚變過(guò)程釋放的能量巨大,且燃料供應(yīng)充足,不產(chǎn)生大量的高活性廢物。
然而,核聚變是一項(xiàng)極為復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn),需要超高溫和高壓條件下將輕元素(如氫)融合在一起。為了克服這些挑戰(zhàn),國(guó)際合作成為實(shí)現(xiàn)核聚變的關(guān)鍵。
因此國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃由此出現(xiàn),但該計(jì)劃的建設(shè)和研發(fā)工作持續(xù)了數(shù)十年。
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在這個(gè)過(guò)程中,科學(xué)家和工程師們致力于解決聚變技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題,例如如何在高溫和高壓環(huán)境下保持聚變反應(yīng)的穩(wěn)定性,如何設(shè)計(jì)和制造耐受極端條件的材料,以及如何從聚變反應(yīng)中提取出可用的電能等等。
該計(jì)劃預(yù)計(jì)在2年內(nèi)可能實(shí)現(xiàn)商用,但有專(zhuān)業(yè)人士稱(chēng),或許該項(xiàng)目還要在延期3年時(shí)間。
而第二期的預(yù)算更是高達(dá)1500億人民幣。
這么看來(lái)的話(huà),該項(xiàng)目似乎爛尾的可能性更大了。
最后我想說(shuō),科技的發(fā)展并不是一蹴而就的,任何研發(fā)都存在失敗的可能性,只要國(guó)家與國(guó)家之間可以打破技術(shù)壁壘,相信未來(lái)科技會(huì)更上一層樓。你覺(jué)得呢?