進入工業文明以來,人類社會就在為了獲取能源而互相爭鬥,然而一個殘酷的現實現在擺在所有人面前,在付出鐵與血的代價之後,有限的化石能源卻即將消耗殆盡,那麼,今後人類文明將如何延續下去?
仰望我們的太陽,它賦予了地球生命,也釋放著源源不絕的能量,科學先驅們大膽設想,如果能掌握像太陽一樣的能源裝置,那麼人類文明將由此進入一個嶄新時代。
核聚變反應堆,毫無疑問就是全人類的新希望,它能像太陽一般熾熱燃燒,因此被形象的比喻為」人造太陽「,代表著當前人類文明最高科技水平,但想徵服它談何容易。可是中國科學家做到了!不僅如此,還遠遠領先其他國家。
我們都知道,目前核聚變反應堆使用的燃料為氫的同位素:氘和氚。經過長期試驗,中國的託卡馬克裝置已非常成熟,運行溫度可溫度保持在一億度,持續時間也遠超其他國家,這是非常了不起的成就。
那麼,在搞定了運行裝置之後,如何大量穩定獲取核聚變反應堆的燃料,也就是如何大量獲取氘和氚,就成為十分關鍵的問題。
氘的來源比較容易解決,可以在海水中得到,每升水約含30毫克氘。一座1000兆瓦的核聚變電站,每年只消耗304公斤氘,按此計算,全球海水中的氘足夠人類使用上百億年。
但是想獲得氚元素就比較費勁,因為它不存在於自然界中。
當前,國際上通行的方法是將正矽酸鋰陶瓷與氦氣發生反應產生氚,能實現這一功能的陶瓷部件稱為產氚單元。不要小看這種陶瓷,它是核聚變反應堆的核心部件,沒有它就無法產生足量的氚元素,整套核聚變反應堆將無法使用。
以前的做法是將正矽酸鋰陶瓷做成直徑約一毫米的陶瓷小球,放入核心然後把氦氣填充進去,但多年的試驗發現,這種方式太過於簡陋,導致反應堆無法穩定運轉。
富於創新的中國科研人員另闢蹊徑,使用3D列印技術,製成複雜多孔結構正矽酸鋰陶瓷件,讓氦氣進入後可穩定反應,保證中國的核聚變反應堆不但迅速達到一億度設計溫度,還能長時間穩定輸出,使得核聚變商業化應用的時間表大大提前。
據《科技日報》文章透露,3D列印出來的這種產氚單元的產氚效率獲得大大提升,佔空比可根據需要在60%到90%之間靈活調整,這是國外技術目前根本做不到的。
值得一提的是,製作這種特殊陶瓷的光固化3D列印專用高相純度正矽酸鋰粉體漿料,其配方和製備技術,包括列印設備全部掌握在我們自己手中,成為中國駕馭能源黑科技的核心技術。
在2019年曾有機構預測,中國的核聚變裝置將在2020年投入使用,由於眾所周知的因素,目前進度受到影響,但據估計不會晚太久,今年年底或明年年初即可順利展開試運營。隨著此次陶瓷3D列印技術的成功,中國核聚變裝置投入商業化運用的時間,有望大大提前,將歐美和其他國家遠遠甩在後面。據悉,該成果發布在學術刊物上之後,獲得國外核聚變專家的高度認可。此舉也向世界證明,中國不僅能輸出口罩和醫療產品挽救人類於危難,更能帶給全人類一個燦爛的未來。