走近「人造太陽」|有太陽,為什麼還要人造「太陽」?

2021-02-25 合肥綜合性國家科學中心

「EAST是中國自主研發的,世界上第一個全超導磁體、非圓截面託卡馬克實驗裝置,它擁有類似太陽的運行機制,因此又有『人造太陽』之稱。」中科院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋雲濤說。

有太陽,為什麼還要造「人造太陽」?科研人員介紹,因為煤、石油、天然氣未來有枯竭的危險,還存在一定的環境汙染。而風能、水能、太陽能等新能源又受限於天氣或地理條件等限制,難以滿足需要。

「可能有人要問,現在不是已經有很多核電站,為什麼還要造『人造太陽』?」中科院等離子體物理研究所王騰博士說,目前的核電站採用核裂變反應,所需要的鈾、鈽等元素儲量有限,還會產生放射性。而「人造太陽」採用的是核聚變反應,所需的原材料之一氘在地球上儲量巨大,幾乎取之不竭、用之不盡。

據測算,1升海水中含有的氘,核聚變反應後可以產生300升汽油燃燒的能量,生成物也沒有危害。因此,核聚變能源被認為是理想的「終極能源」。

未來如果實現了「人造太陽」,能帶來哪些改變?王騰說,改變可能主要有三個方面:首先是能源危機迎刃而解,能源價格將非常低廉,一些因能耗限制而難以開展的活動比如海水淡化、星際航天等,可以大規模開展,進而帶來生產、生活的巨大進步。

其次,核聚變的產物為氦和中子,不排放有害氣體,地球上的溫室效應、酸雨、霧霾將大幅減輕乃至消失,生態環境得到改善。

第三,核聚變能源的原料從海水中就能獲得,人類因能源問題引發的爭端將大為減少,地球會變得更和平。

走進EAST控制大廳,記者注意到總控大屏幕上記錄著已開展的核聚變實驗次數:96914次。

十幾年來,合計超過10000人次的中外科研工作者,在這個大科學裝置上合力衝擊「人造太陽」的夢想,先後實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行、電子溫度1億攝氏度20秒等離子體運行等國際重大突破,也使中國站到了世界核聚變能源研究的最前沿。

這個春節,很多科研人員不休息,將持續對EAST主機進行升級改造,為進一步提高實驗目標做準備。今年,他們將挑戰400秒高約束等離子體、芯部電子溫度1億攝氏度、100秒長脈衝等離子體等新目標。

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    人造太陽,不由得讓人想起一首兒歌《種太陽》。 可別說,之前還真有一個科學家迪斯科版《種太陽》在網際網路上大火,官方調皮,最為致命。 這個「種太陽」種的也就是「人造太陽」,這是打開核聚變能量的「閥門」,是通往人類終極能源的鑰匙。
  • 為什麼要人造太陽?
    看過鋼鐵俠的人都知道,鋼鐵俠裡面有一個人造太陽叫託卡馬克,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。如果是現實版的託卡馬克的話,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。
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    太陽如此重要,因此被古人視為神靈,對它非常崇拜,以至於出現日食就會大規模恐慌。到了現在,人們對太陽進行了深刻的研究,了解了太陽的很多秘密,有觀察到的,有計算出來的,有猜想的,總之,太陽的真面目終於慢慢暴露在人們的面前。研究出了太陽的秘密,科學家自然就想創造一個太陽,而真實的太陽質量是地球的33萬倍,科學家自然無法造一個和太陽一樣大的,哪怕再怎麼研究太陽。
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    為什麼大家對剛在成都建成的「中國人造太陽」這麼感興趣?相信一定是因為中國和太陽這幾個字,一方面想了解這個東西是不是領先全球的尖端科技,另一方面也想知道,它是不是和掛在天上的太陽一樣會對所有人造成影響。那麼,這個在本月初實現首次放電的大型裝置到底是何物?真的可以拿來升溫嗎?
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    如果有一種清潔、安全、高效,取之不盡、用之不竭的能源供我們使用,「能源危機」是不是就不復存在? 有!託卡馬克,是一種外形酷似「甜甜圈」、利用磁約束來實現受控核聚變的環形容器,也是目前最被廣泛使用的「人造太陽」裝置。在「核聚變」領域,兩國早就攜手共進。託卡馬克作為凝聚兩國科學家智慧之光的大科學裝置,是中俄友誼的見證。 11月20日,俄羅斯和中國科學家在「和中俄科學家一起種太陽」會議上討論了創建託卡馬克的問題和任務, 並回答了中俄兩國的青少年群體的問題。
  • 「人造太陽」技術是什麼?太陽也能被製造出來嗎?
    石油、煤、天然氣等,都是人類賴以生存的不可再生能源,但是它們終有一天將被開採耗盡。到那時,地球上的人類將會面臨嚴重的能源危機和環境危機。因此能源問題一直是世界各國都高度重視的基礎科學研究問題。長期以來,科學家們一直在苦苦找尋數量大、汙染少的新能源,以維持人類社會的可持續發展。
  • 「人造太陽」 made in China!
    「超高溫」與「超低溫」共存,「超強磁場」與「超大電流」並行,要在地球上造出「人造太陽」,必須要有性能極其特殊的材料承載。
  • 太陽的摩擦?人造太陽新的曙光?
    太陽是我們最常接觸的恆星,對於我們來說,太陽仿佛擁有著發不完光和熱,地球上的生物大部分也是依靠著太陽的光芒維持著生命,難以想像如果有一天太陽的火焰熄滅了地球會變成什麼樣子。人類在近二百年間迎來了物理學的飛速發展,科學家們告訴人們太陽是因內部的核聚變才能有如此的光和熱。