人造太阳@中国“人造太阳”实现1亿度运行,这可能是永久解决能源问题的黑科技


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近日 , 我国大科学装置“东方超环”取得重大突破 , 等离子体中心电子温度首次实现1亿摄氏度运行近10秒 。 “东方超环”是我国自主设计研制的磁约束核聚变实验装置 , 也被称为“人造太阳” , 因为它的目标就是像太阳一样发生核聚变为人类提供能源 。 与2018年首次实现1亿度温度相比 , 这次的创举实际上是将1亿度维持了近10秒 , 是东方超环取得的重大突破 。 如果能较长时间维持1亿度的高温 , 那人类距离解决核聚变商业化应用真的就不远了 。 “人造太阳”究竟怎么造?听中国工程院院士李建刚讲述34年“追逐太阳”之路 。
以下内容来自中国工程院院士、中科院等离子体物理研究所研究员李建刚的演讲实录:
【人造太阳@中国“人造太阳”实现1亿度运行,这可能是永久解决能源问题的黑科技】人造太阳 受控的核聚变装置
大家都知道太阳 , 但什么是人造太阳?看过钢铁侠的人都知道 , 钢铁侠里面有一个人造太阳叫托卡马克 , 像一个磁线圈一样 。 如果把气体加热到上亿度 , 它就会发生聚变 , 可以像太阳一样发出巨大的能量 。
如果是现实版的托卡马克的话 , 中国有两个人造太阳 , 一个在合肥 , 另一个在成都 , 分别叫合肥超环和中国的环流器1号 。
太阳为人类产生了很多光和热 , 万物生长靠太阳 。 我们想要实现聚变 , 一个不可控因素就是氢弹 。 氢弹不能轻易地爆炸 , 要用原子弹去把它点一下 , 点到上亿度以后才有可能发生爆炸 。
为什么要人造一个太阳?
那么怎样能够实现人造太阳?要把上亿度的温度装到任何容器上都会顷刻之间烟消云灭 。 于是科学家就想了一个办法:把一团火球——上亿度的等离子体 , 用磁的方法把它悬浮起来 , 跟周边的任何容器材料不接触 , 这个时候就可以把它加热、控制 , 进而造出太阳 。 它的模样就像你们吃的甜圈圈 。
用这些非常复杂的仪器把上亿度的东西放在中间持续地加热 , 讲讲很容易 , 但实际操作非常难 。
首先我们需要巨大的磁场 , 这个磁场要比地球南北级的磁场高两万倍以上 , 磁场越强越容易收得住 。 人类之所以没有遭到来自太阳风这种粒子的损害 , 主要就是靠磁场把这种带电粒子无形之间屏蔽起来 。
所以现在要做的就是产生比地球高上万倍的磁场 , 让这团气体悬浮起来 。 用的燃料是什么?是海水里面氢的同位素——氘和氚 。 海水里面的氘有多少呢?它可以让一千个电站使用上百亿年 , 也就是说该资源是无限的 。 如果用爱因斯坦的公式计算的话 , 一杯水里面产生的氘和氚是E=mc2 ,相当于300公升汽油 。
它的好处在哪里?首先它没有高放的废料 , 而我们现在用的裂变电站都是化石燃料 , 尤其是235 , 238 。 一旦发生事故 , 就会有长达上百万年的放射性废料 。
聚变的产物是什么?就是能源中子和氦气 。 氦气是非常清洁的 , 那么为什么说聚变是固有的安全性?当时距离福岛发生核事故刚刚一个月 。
它导致事故的概率非常小 , 只有同时碰到地震和海啸才有可能发生 , 或许上万年才会出现一次 。 但现实中最有可能发生的不是这个 , 而是恐怖分子——可能恐怖分子开个飞机就把它炸了 , 但聚变电站不怕 , 因为它聚变的产物就是氦气 , 只要一停机就没有了 。
总结一下 , 作为资源来讲 , 它是无限的同时又是清洁的 , 所以长期以来被科学家认为是未来人类终极能源之一 , 可以大规模生产 。 未来可能有20%的可再生能源 , 但最大规模的一块 , 即80%一定是靠聚变来维持的 。
这个太阳怎么造?
一个一百万千瓦的电站 , 上海一年大约只需要两个 。 聚变电站需要多少东西呢?一年一个电站只需要一百公斤的重水和锂;如果换成煤电站的话,一个一百万千瓦的电站需要50万吨煤;如果是核电站的话就需要30吨 。