近日,韓國聚變能源研究所在大田總部舉行新聞發布會,宣布成功將韓國超導核聚變研究裝置KSTAR的超高溫等離子體在1億攝氏度的溫度下保持20秒。他們經過10年25860次實驗取得了這一成果。並稱韓國的核聚變技術由此上升到世界最高水平。
此前,美國和日本的研究團隊在1999年成功地將等離子體溫度提高到1億攝氏度。目前,美國、日本和歐洲團隊的等離子體保持時間最長約為7秒。2018年,中國的核聚變研究裝置「中型超導託卡馬克(EAST)」實現了保持10秒。
這到底是個什麼事情?還有另一個名字「人造太陽」,是不是聽過了?
我們從核聚變說起吧。
核聚變是指將不同的原子結合到一起變成一個原子,比如氫的兩個同位素氘氚結合形成氦原子。這個過程中在元素周期表上鐵以前的元素聚變後放出的能量大於聚變所需要的能量。雖然目前人類已經掌握了氫彈技術(不可控核聚變),但依然難以長時間維持可控的核聚變技術。
要達到核聚變的基本要求,最重要的是溫度。要想讓原子核和電子自由移動,並且相互碰撞結合成更大的原子,至少需要約上億攝氏度。因此,超高溫度和超耐熱材料成為了最大的阻礙。
一種主流的方法是"託卡馬克"(TOKAMAK)型磁場約束法。利用通過強大電流所產生的強大磁場,把等離子體約束在很小範圍內,從而避免了直接面對超高溫的挑戰。正在組建的國際熱核聚變實驗堆和目前大多數可控核聚變裝置都是基於這個原理。
目前沒有任何一種容器能忍受住上億度的高溫還能保持物理性質不變,因此託卡馬克裝置巧妙地利用電磁場作為「籠子」將高溫等離子體關押起來,這樣就可以不與任何材料接觸。處在磁場中的高溫等離子體的芯部與容器的器壁隔離開,不管你是什麼東西只要你帶電你就只能在我的結界內轉圈圈,跑不出我的結界(因為中子不顯電性,所以現在要解決的問題之一是中子是不受磁力約束的),真正需要擔心的是核聚變釋放出來的粒子對內壁的損壞。
所以這東西堅持不住了一般就是把內壁燒壞了,所以才有要考慮改用鎢金屬之說,核聚變控制技術還有很多難點需要愛突破,控制磁場的超導材料,耐溫材料的研發等等,現在的材料對於核聚變溫度來說,有一個很形象的說法:「紙鍋燒水」,所以多堅持多少多少秒,這看起來離突破還有一些距離。
祝願核聚變技術早日突破,人們能真正愉快的燒水。