人造太陽「現身」!好好的太陽,為啥還要人造呢?

2021-01-21 廈門科技館在線

12月26日,韓國聚變能研究所宣布,該國的人造太陽試驗裝置——韓國超導託卡馬克先進研究核聚變裝置,已經成功地將高達1億度的高溫等離子體維持了20秒鐘,創造了新的世界紀錄。

 


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。

 


簡單來說,就是科學家在地球上建造一個裝置,模擬太陽發光發熱釋放能量,一勞永逸解決人類的能源問題。


 ▲圖片來源網絡


這極具魔幻色彩,卻有著嚴肅的科學背景。

 

為啥非要造個太陽?

 

這一切,可以回到我們熟悉的能源問題——

 

我們人類從生產到生活,各種活動無一不需要能源。

 

可地球上的能源不是取之不盡的,比如我們常用的煤、石油、天然氣等化石能源,大概只能用幾十年到百來年不等。


除了儲量有限,化石能源還有一個問題就是汙染環境。


 

我們千方百計去解決能源不足和汙染問題,但迄今為止,沒有任何一種方式能像頭頂這顆太陽那樣無限供應能源且不帶來汙染。

 

 

太陽發光發熱可不是靠著燒柴火,而是核聚變。

 

4個氫原子發生氫核聚變縮合成一個氦原子,放出巨大能量,這能量就是光和熱。

 

如果聚變反應堆成為現實,這可以通過進一步減少對煤炭和其他CO2重質能源的依賴,來幫助地球。



太陽是利用核聚變反應,不斷向地球輸送能源的,「人造太陽」當然也需要藉助核技術。

 

而這種核技術嘗試分為兩條道路:核裂變和核聚變。

 

核裂變則是由重的原子核分裂變化為輕的原子核,從而產生巨大的能量。

 

核聚變是將兩個質量輕的原子核「聚合」成為一個重原子核,我們知道能量是守恆的,「消失」的質量會轉變為巨大的能量,而且能量比核裂變更高。


▲核聚變反應原理

 

簡單來說,核裂變是把原子核拆開,核聚變是把原子核聚攏,而聚攏所釋放的能量更高。

 

那產生能量到底有多大呢?

 

有個形象且相對準確的說法就是——1升海水通過聚變反應產生的能量相當於300升汽油。


▲核聚變內部反應狀況

 

而且核聚變反應的完美之處在於:

 

1.反應產物僅為惰性氣體氦氣,無毒無害;


2.運行過程中可以即關即停,極少產生放射性廢物或不可控負面效果;


3.原料容易獲得,畢竟聚變反應所需元素廣泛的存在於海水中,而「地球上什麼都缺,最不缺的就是海水」

 

由此,這一切形成了一個邏輯完美的閉環。



剩下的就是技術層面的問題。

 

儘管這次試驗20秒也並不長,但與該研究人員團隊在2019年記錄的8秒等離子操作相比,這是一個重大進步。

 

在2018年,該團隊第一次達到了1億度的等離子體離子溫度,持續時間為1.5秒。


 

韓國的KSTAR是唯一能夠將等離子體保持在1億度或更高溫度的聚變設備,沒有其他反應器能夠將這樣的溫度維持超過10秒。

 

 

僅以中核集團核工業西南物理研究院為例,已獨立建成2座託卡馬克裝置(「人造太陽」),升級改造一座,在建一座。


▲來源:中核集團西物院

 

在韓國的KSTAR之前,而此前的人造太陽試驗裝置紀錄,是由中國的東方超環在今年4月剛剛創造的——1億度,近10秒。

 

即將建成的先進託卡馬克裝置中國環流器二號M裝置(HL-2M),其建成時芯部的最高電子與離子溫度可分別達到16keV(約2億度)和12keV(約1.5億度)。


▲中國環流器二號M裝置


這意味著中國的核聚變裝置綜合性能已成功晉級世界核聚變研究強國第一梯隊。


人類建造「人造太陽」,不斷讓其各項功能趨於真正的太陽,這個過程就類似於醫生用聽診器來了解個體的健康狀況。


每一個童話變成現實的背後,都凝聚了無數科研人員的夢想與汗水,我們期待這一天的到來!



「啦啦啦種太陽

  啦啦啦種太陽

  啦啦啦啦啦啦啦啦 

  種太陽 

  到那個時候世界每個角落 

  都會變得都會變得溫暖又明亮」

 

文章整理自:@科普中國、@雷鋒網


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    除了陰天和夜晚,太陽總是會掛在天上給地球上的萬物以光亮,那麼,人造太陽有什麼用呢?我們簡單的來探討一下這個問題。什麼是人造太陽?人造太陽顧名思義就是人為製造的太陽,那它與真實的太陽有什麼區別呢?而人造太陽其實也是核聚變的一個過程,不同的是熱核反應的「原材料」不同,人造太陽是用的氫的同位素氘和氚作為聚變的原材料,而最終產物為氮和能量,在氘和氚的核聚變反應中同樣也能釋放出大量的能量。而且氘和氚從海水中就能夠提取,所以,人造太陽的原材料可以說是取之不盡用之不竭的。人造太陽有什麼用處?
  • 「人造太陽」將噴薄而出
    在地球上模擬太陽,利用熱核聚變為人類提供清潔能源,中國的科學家們正朝這一理想加快前進步伐。能夠穩定輸出安全能源的「人造太陽」將在中國冉冉升起。  目前,由中科院等離子體物理研究所設計製造的EAST全超導非圓截面託卡馬克實驗裝置大部件已安裝完畢,進入抽真空降溫試驗階段。
  • 「人造太陽」來了
    原標題:「人造太陽」來了   7月28日,世界上第一個實驗性「人造太陽」項目——國際熱核聚變實驗堆,在法國正式啟動安裝。
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