堪稱人造太陽:全球最大核反應堆開始組裝,加熱溫度高達一個多億

2020年7月28日，外媒報導稱，當今世界上最大的核反應堆終於可以開始組裝了。據悉，該反應堆的基座已由國際熱核聚變實驗堆計劃及其成員國成功完成組裝。在籌備數十年後，而今，這個世界上最大的核反應堆總算可以啟動組裝程序，讓人類即將擁有第一個「人造太陽」。

報導稱，這個龐大的核聚變反應堆由數百萬個獨立部件組成，最終將形成世界上最大的託卡馬克。這是一個等離子反應堆，在那裡極熱的帶電等離子為原子聚變和釋放大量能量創造了必要條件。而該組裝過程較為漫長，可能將持續5年。也就是說，到2025年時，該核反應堆能才能執行等離子體演示，成為「人造太陽」。

雖然國際熱核聚變實驗堆計劃是世界上屈指可數的少數正在發展的非常昂貴的「微型太陽」之一，但由於有多達七個國家來共同打造分擔高昂的成本，這個項目無疑是核聚變項目中的領頭羊。

可以說，能開始組裝，是該計劃的一個裡程碑事件。在此之前，國際熱核聚變實驗反應堆計劃的合作夥伴和世界各地的承包商已經花費了數年時間進行組裝，從開始製造數百萬個部件到今年早些時候組裝和安裝反應堆基地。許多部件必須在其母國製造和部分組裝，才能運輸到基地並最終確定。

因此，「組裝階段」的裡程碑更像是一個「突破性」的儀式，標誌著經過35年的集思廣益、規劃和前期生產，這個一直在進行著巨大的計劃，最終將開始以物理形式聚集在一起。該核反應堆的一切都是特別設計的，包括它將位於法國普羅旺斯的建築，以及從最近的水域通往那裡的道路。

據該計劃項目組表示，得到2025年，該反應堆的所有核心部件才能完成完整和集成，並準備製造第一個等離子體。2019年11月，為紀念美蘇日內瓦峰會40周年，該反應堆將開始為期一個月的加熱過程，加熱溫度高達1.5億攝氏度，由三個加熱元件提供的總功率為50兆瓦，足以供大約1萬個家庭使用。這將使這個環形反應堆中的等離子體溫度達到太陽溫度的10倍，從而在短暫的爆發中產生高達500兆瓦的能量。

這些反應是在低溫恆溫器中進行的。低溫恆溫器是容納整個反應堆的容器，被安裝在反應堆基座上，其功能就是把讓反應堆裡的組件保持在極冷的溫度環境中。反應器內部旋轉的等離子環線通過磁場以「非接觸」方式包含在其中，但是其周圍的所有物體都必須經過溫度屏蔽和冷卻，以確保平穩安全地運行。

其中，包括結構磁鐵，這些磁鐵保持在極低的低溫下-僅比絕對零高几度。在反應堆內旋轉的等離子體環繞金屬絲線圈由磁場以一種「無接觸」的方式控制，但是其周圍的所有物體都必須經過溫度屏蔽和冷卻，以確保平穩安全地運行。其中包括結構磁鐵，這些磁鐵需保持在極低的低溫下，如僅比零高几度。

和傳統的核裂變電站一樣，反應堆是用水來冷卻的，但也配滿了不斷補充的熱護罩和多餘的冷卻材料，以便在任何時候持續地將熱量傳遞出去。這一切聽起來可能很不尋常，但該項目真正的科學奇蹟是等離子體室。

在反應堆內部，等離子體由環繞金屬絲線圈製成的超導電磁體保持流動。螺線管位於真空室內，有小型校正器和由超導體製成的附件版主確保等離子體在環繞金屬絲線圈流動而不會破裂。

對於「人造太陽」來說，使它們升至溫度和等離子運行的能源成本很高，這意味著「中斷」，即任何等離子體洩漏並可能損壞屏蔽體的事件，都是一個巨大的挫折。為重達23000噸的「人造太陽」製造零部件的成員國正在規劃和設計這些零部件，包括適應在製造如此大規模高風險反應時的更大複雜性。

據該項目的預期，他們將在2025年12月首次啟動這個世界上最大的核反應堆，屆時第一次等離子反應可能只持續幾毫秒，但也能表明完全集成的反應堆已經準備好運行。在那之後，該反應堆還將耗時進行微調，並在2030年達到完全產生等離子體的目標。

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