什麼是可控核聚變?
核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核,並釋放出能量的過程。
自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變,這種反應在太陽上已經持續了50億年。
可控核聚變俗稱人造太陽,因為太陽的原理就是核聚變反應。(核聚變反應主要藉助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射,不產生核廢料,當然也不產生溫室氣體,基本不汙染環境)
人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。
科學家們希望發明一種裝置,可以有效控制「氫彈爆炸」的過程,讓能量持續穩定的輸出。
核能包括裂變能和聚變能兩種主要形式。
裂變能是重金屬元素的原子通過裂變而釋放的巨大能量,已經實現商用化。因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少,而且常規裂變反應堆會產生長壽命放射性較強的核廢料,這些因素限制了裂變能的發展。
另一種核能形式是目前尚未實現商用化的聚變能。
實現可控核聚變將會為人類的生活帶來什麼好處?
氘在地球的海水中藏量豐富,多達40萬億噸,如果全部用於聚變反應,釋放出的能量足夠人類使用幾百億年,而且反應產物是無放射性汙染的氦。
另外,由於核聚變需要極高溫度,一旦某一環節出現問題,燃料溫度下降,聚變反應就會自動中止。也就是說,聚變堆是次臨界堆,絕對不會發生類似前蘇聯車諾比核(核裂變)電站的事故,它是安全的。
因此,聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。
從某種意義來說,核聚變的商業化一旦完成,將會為人類打開一個新時代。
也正因此,各科技大國都在努力早日實現可控核聚變的商業化而努力。
核聚變材料來自於大海中的氘和氚,一公升海水可以換算成三百公升汽油。
可控核聚變所帶來的清潔能源價值,從某種意義來說,將會為人類提供近乎無限的能量源。
而伴隨著無線能源的到來,生活成本將會急劇降低,汽油煤炭時代將會結束,電能將代替一切能源。
而這種只會發生了科幻小說中,堪稱夢幻般的技術,在不就得將來將會被真正的實現。
我國的可控核聚變研發歷程。
1965年,根據國家「三線」建設統一規劃,在四川省樂山市郊區,建立了當時中國最大的核聚變研究基地——西南物理研究所,這也是中核集團核工業西南物理研究院(以下簡稱「核西物院」)的前身。
而中國核聚變研究史上的重要裡程碑,當屬1984年中國環流器一號(HL-1)的建成。這是中國核聚變領域的第一座大科學裝置,它為中國自主設計、建造、運行「人造太陽」培養了大批人才,積累了豐富經驗。
上世紀80年代,作家莫然曾造訪位於108級石梯之高的荒山上的研究所。據她回憶,剛搬遷至樂山時,所裡條件簡陋,可謂一貧如洗。研究者缺乏住所,甚至只能睡在帳篷裡。但中國可控核聚變研究的「搖籃」恰恰是誕生在這樣艱苦的環境中,這離不開研究者開荒拓土、篳路藍縷之功。正如莫然所說:「儘管研究所的房間就像山洞一樣,但我們的科學家具有舍己的奉獻精神,就在那樣的環境中,他們製造出了『中國環流器一號』,光設計圖紙就有3層樓那樣高。」
從此,中國磁約束聚變一步步從無到有,從小到大,從弱到強。
1995年中國第一個超導託卡馬克裝置HT-7在合肥建成;2002年中國建成第一個具有偏濾器位形的託卡馬克裝置中國環流器二號 A(HL-2A)
2020年12月4日14時02分,中國環流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成並實現首次放電。
HL-2M裝置的建成,表明我國掌握和擁有了大型託卡馬克裝置的設計、建造、運行經驗和技術,為我國核聚變研究的發展提供更廣闊的空間,將為我國未來核聚變示範堆和商業堆的自主設計與研發製造打下堅實基礎。我們距離「人造太陽」的夢想更近一步。 [2]
HL-2M裝置是實現我國核聚變技術高質量發展的重要依託,將使我國堆芯級等離子體物理研究及相關關鍵技術達到國際先進水平,成為中國攜手世界核聚變能開發的國際合作平臺。面向全球,它將吸引和集聚國際核聚變高端人才,培養造就一批具有國際水平的核聚變科技領軍人才與高水平的創新團隊,形成一批具有國際影響力的標誌性科技成果。